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Materiales para la electrónica
• Acepta perturbaciones temporales y locales
en la concentración d e portadores de carga
libre (fotorresistencias) y además es posible
controlar el tiempo de la perturbación (de
fotodiodo a memorias).
El semiconductor que se ha ganado la supre~
mada en la electrónica mode rna de muy alto
grado de integración VLSI es el silicio. Algunas
propiedades notables que lo han hecho merece~
d or de esta distinción son:
• Pueden practicarse en él una gra n va riedad
de procesos tecnológicos sin el problema de
la descomposición, como sucede con otros
semiconductores como el compuesto GaAs
(arseniuro d e galio).
• Es uno d e los semiconductores mejor cono~
cido en cuanto el la preparación y propieda~
des de los monocristales puros.
• Como su ancho de banda prohibida, E$' es
mayor que el del germanio, pueden fabri–
carse microcircuitos que trabajan hasta
175°C, temperatura aceptable incluso para
aplicaciones militares.
• Su óxido Si02 le proporciona una serie de
ventajas adicionales:
a) Propiedades p asivadoras: protección en los
costados de las uniones.
b) Propiedades dieléctricas: las características
conductoras entre el Si puro y su óxido son muy
diferentes, ya que éste es un aislante bastante
bueno con el que se pueden crear dispositivos
con dieléctricos muy fácilmente, como los dispo–
sitivos MOS.
c) Facilidad tecnológica: las propiedad es in–
trínsecas del óxido son muy diferentes de las del
silicio puro y permiten emplea rlo en el proceso
fotolitográfico (obtención selectiva de regiones
con dife rentes cantidades d e impurezas), propie~
dad que d esplaza d efiniti vamente al germanio
(su óxido tiene muy malas propiedades mecáni–
cas, pues es un polvo sin adherencia).
El silicio, sin embargo, no es óptimo en otros
aspectos:
• La movilidad de los portadores es mayor en
GaAs y otros compuestos (lIl~ V), lo que
permite fabricar dispositivos con respues~
las a mayores frecuencias.
• El s ilicio tiene una tra nsición indirecta entre
bandas (véase más adelante), lo que limita
sus aplicaciones electroópticas.
• Algunos dispositivos no se pueden hacer de
silicio, como el LED (diodo emisor de luz) y
el láser.
El ma terial mejor preparado para suplir al
silicio en sus deficiencias es el GaAs que, tec–
nológicamente hablando, tiene un nivel de
desarrollo muy alto. Esto ha permitido que co–
mercialmente se encuentren dispositivos más
rápidos que los tradicionales de alta velocidad
de silicio, como SGFET (Schottky-Gate-Field–
Effect~ Transistor).
Estmct ll m de bandas
Cuando se estudió el modelo de Kronig~Penney
se encontró la estructura de bandas (E versus k)
para un material gené ri co. Los mate riales reales
difieren de esta estructura. Hay dos casos que
tienen un interés especial para nosotros: 1) La
transición directa de bandas, como en el GaAs,
donde el mínimo de la banda de conducción
tiene el mismo va lor de cantidad de movimiento
que el máximo de la banda de valencia . Un
electrón que pasa de la banda de conducción a
la d e valencia lo hace sin cambio en la cantidad
de movim iento, lo que favorece la generación de
fotones (partículas luminosas con cantidad
de movimiento despreciable). 2) Los ma teriales
con transición indirecta de bandas, como el sili~
cio o germanio, donde el mínimo d e la banda de
conducción tiene un valor de k diferente del máxi–
mo de la banda de valencia. Una transición elec–
trónica incluye un gran cambio en la cantidad de
movimiento y favorece la producción de fonones
(partícula asociada a la conducción del calor con
gran cantidad de movimiento).
En la figura 11.1 5 se presenta la estructura de
bandas para dos semiconductores típicos. Se in–
cluyen únicamente la banda de conducción y de
valencia.
Como señalamos al estudiar la teoría del enla–
ce molecular, el ancho de banda prohibido El
varía con la tempera tura. De acuerdo con la si~
guiente relación empírica, la temperatura está en
Kelvin y E.~ en eV:
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