CAPÍTULOI
FÍSICA DE LOS SEMICONDUCTORES
1.1.
INTRODUCCIÓN A LA TEORÍA DEL ÁTOMO
a ra el estudio del diodo de unión y de los transis tores es conveniente hacer un breve bosquejo
de la estructura atómica y de la conducción en los sólidos. Wolfgang Pauli (1900-1958),
físico austriaco a quien se otorgó el Premio Nobel en 1945, postuló, en su principio de
exclusión, que los electrones no pueden poseer, si n radiar, más que ciertas cantidades permitidas
de energía; sin embargo, supuso la ex istencia de niveles discretos permitidos d e energía u órbitas
en los que puede encontrarse el electrón. Dichas órbitas estables pueden ser determinadas por la
mecánica cuántica .
También postuló que dos electrones no pueden ocupar exactamen te el mismo nivel de energía,
ya sea que estén en el mismo átomo o en átomos distintos, por lo que se ha determinado que, en un
átomo estable, todos los niveles permitidos de energía más próximos al núcleo están ocupados por
electrones.
El electrón, al sa ltar de un nivel de energía superior a otro más cercano al núcleo, radia energía
electromagné tica . La radiación se produce porque el electrón necesita menos energía potencial en
las órbitas situadas más cerca del núcleo. Sin embargo, si el electrón es excitado desde una órbita
interna hacia las órbitas exteriores, absorberá energía y, si se incrementa por algún método la
excitación, el electrón puede desprenderse del núcleo, lo cua l producirá la ionización o ruptura.
La
ionización se puede dar cuando los materia les se someten a la acción de campos eléctricos intensos,
temperaturas altas, radiaciones, etcétera .
El nivel de energía u órbita externa de los átomos de germanio o silicio contiene cuatro
electrones en su última órbita, llamada capa de va lencia, y los electrones que contiene se conOCE'n
como
electrolles de valellcia.
Las órbitas sin ocupar, s ituadas por encima de las órbitas de valencia, se llaman niveles de
excitación. Por ell o, al aplicarle a un electrón una energía suficiente, éste puede saltar del nivel de
valencia al de excitación, quedando los electrones tan débilmente ligados, que la aplicación de un
campo eléctrico puede desplazarlos hacia un potencial más positivo.
A temperaturas por encima del cero absoluto, habrá alguna probabilidad de encontrar electro–
nes en los niveles de excitación a ca usa de la agi tación térmica.
1.2. BANDAS DE ENERGÍA DEL GERMANIO
Es conveniente que, en vez de hablar de niveles discre tos de energía, hablemos de bandas de
energía . Así, por ejemplo, la figura
1.1
muestra un cristal de germanio, cuyas bandas de energía son
enormes y tiene billones de átomos en estrecha ap roximación y en disposición ordenada. Las franjas
11
1...,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11 13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,...259