2: Teoría de dispositivos de estado sólido

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2.1: Introducción a la Teoría de Dispositivos de Estado Sólido
Este capítulo cubrirá la física detrás del funcionamiento de los dispositivos semiconductores y mostrará cómo estos principios se aplican en varios tipos diferentes de dispositivos semiconductores. Los capítulos posteriores tratarán principalmente de los aspectos prácticos de estos dispositivos en los circuitos y omitirán la teoría tanto como sea posible.
2.2: Física cuántica
2.3: Valencia y Estructura Cristalina
Valencia: Los electrones en la capa más externa, o caparazón de valencia, se conocen como electrones de valencia. Estos electrones de valencia son responsables de las propiedades químicas de los elementos químicos. Son estos electrones los que participan en reacciones químicas con otros elementos. Una regla química sobre simplificada aplicable a reacciones simples es que los átomos intentan formar una capa externa completa de 8 electrones (dos para la capa L). Los átomos pueden regalar algunos electrones para exponer un shel completo subyacente
2.4: Teoría de Bandas de Sólidos
La física cuántica describe los estados de los electrones en un átomo de acuerdo con el esquema cuádruple de los números cuánticos. Los números cuánticos describen los estados permitidos que los electrones pueden asumir en un átomo. Para utilizar la analogía de un anfiteatro, los números cuánticos describen cuántas filas y asientos hay disponibles. Los electrones individuales pueden describirse por la combinación de números cuánticos, como un espectador en un anfiteatro asignado a una fila y asiento en particular.
2.5: Electrones y “agujeros”
Los semiconductores puros son aislantes relativamente buenos en comparación con los metales, aunque no tan buenos como un verdadero aislante como el vidrio. Para ser útil en aplicaciones de semiconductores, el semiconductor intrínseco (semiconductor puro no dopado) no debe tener más de un átomo de impureza en 10 mil millones de átomos semiconductores. Esto es análogo a un grano de impureza de sal en un vagón ferroviario de azúcar. Los semiconductores impuros o sucios son considerablemente más conductores, aunque no tan buenos como los metales. ¿Por qué podría esto b
2.6: El cruce P-N
Si un bloque de semiconductor de tipo P se pone en contacto con un bloque de semiconductor de tipo N en la Figura siguiente (a), el resultado es de ningún valor. Tenemos dos bloques conductores en contacto entre sí, sin mostrar propiedades únicas. El problema son dos cuerpos cristalinos separados y distintos. El número de electrones se equilibra con el número de protones en ambos bloques. Por lo tanto, ninguno de los bloques tiene ningún cargo neto.
2.7: Diodos de unión
Había algunos crudos históricos, pero utilizables eran algunos crudos históricos, pero los rectificadores semiconductores utilizables antes de que los materiales de alta pureza estuvieran disponibles. Ferdinand Braun inventó un rectificador de contacto puntual basado en sulfuro de plomo, PBS, en 1874. Los rectificadores de óxido cuproso se utilizaron como rectificadores de potencia en 1924. La caída de tensión directa es de 0.2 V. La curva característica lineal quizás sea la razón por la que Cu2O se utilizó como rectificador para la escala de CA en multímetros basados en D'Arsonval. Este diodo también es fotosensible.
2.8: Transistores de unión bipolar
El transistor de unión bipolar (BJT) fue nombrado porque su funcionamiento implica la conducción por dos portadores: electrones y agujeros en el mismo cristal. El primer transistor bipolar fue inventado en Bell Labs por William Shockley, Walter Brattain y John Bardeen tan tarde en 1947 que no se publicó hasta 1948. Así, muchos textos difieren en cuanto a la fecha de la invención. Brattain fabricó un transistor de contacto de punto de germanio, teniendo cierto parecido con un diodo de contacto puntual. Dentro de un mes, Shockley h
2.9: Transistores de efecto de campo de unión
El transistor de efecto de campo fue propuesto por Julius Lilienfeld en las patentes estadounidenses en 1926 y 1933 (1.900.018). Además, Shockley, Brattain y Bardeen estaban investigando el transistor de efecto de campo en 1947. Sin embargo, las dificultades extremas los desviaron para que inventaran el transistor bipolar en su lugar. La teoría de transistores de efecto de campo de Shockley se publicó en 1952. Sin embargo, la tecnología de procesamiento de materiales no fue lo suficientemente madura hasta 1960, cuando John Atalla produjo un dispositivo de trabajo.
2.10: Transistores de efecto de campo de puerta aislante (MOSFET)
El transistor de efecto de campo de puerta aislada (IGFET), también conocido como transistor de efecto de campo de óxido metálico (MOSFET), es una derivada del transistor de efecto de campo (FET). Hoy en día, la mayoría de los transistores son del tipo MOSFET como componentes de circuitos integrados digitales. Aunque los BJT discretos son más numerosos que los MOSFET discretos, el recuento de transistores MOSFET dentro de un circuito integrado puede acercarse a cientos de millones. Las dimensiones de los dispositivos MOSFET individuales están por debajo de una micra, disminuyendo cada
2.12: Técnicas de fabricación de semiconductores
En esta sección se describe la fabricación de solo semiconductores a base de silicio; la mayoría de los semiconductores son de silicio. El silicio es particularmente adecuado para circuitos integrados porque forma fácilmente un recubrimiento de óxido, útil para modelar componentes integrados como transistores.
2.13: Dispositivos Superconductores
Los dispositivos superconductores, aunque no son ampliamente utilizados, tienen algunas características únicas que no están disponibles en los dispositivos semiconductores estándar. La alta sensibilidad con respecto a la amplificación de señales eléctricas, la detección de campos magnéticos y la detección de luz son aplicaciones muy apreciadas. La conmutación de alta velocidad también es posible, aunque no se aplica a las computadoras en este momento. Los dispositivos superconductores convencionales deben enfriarse a unos pocos grados de 0 Kelvin (-273 o C). Aunque, el trabajo está procediendo en este t
2.15: Dispositivos semiconductores en SPICE
El programa de simulación electrónica SPICE (programa de simulación, emphesis de circuito integrado) proporciona elementos de circuito y modelos para semiconductores. Los nombres de los elementos SPICE comienzan con d, q, j o m corresponden a los elementos diodo, BJT, JFET y MOSFET, respectivamente. Estos elementos van acompañados de los correspondientes “modelos” Estos modelos cuentan con amplias listas de parámetros que describen el dispositivo. Aunque, no los enumeramos aquí. En esta sección proporcionamos una lista muy breve de modelos de especias simples para s