La materia es algo que

ocupa espacio y tiene

peso

Toda la materia est

compuesta de un

elemento o

combinacin de

elementos

Un elemento es una

sustancia que no puede

reducirse a una forma

ms simple.

Si nos adentramos a

una escala ms

pequea, veremos al

tomo

est

bsicamente

compuesto de

electrones,

protones, y

neutrones.

Existen tipos

diferentes de

elementos porque el

nmero y el arreglo de

electrones y protones

son diferentes para

cada elemento

A los materiales que

contienen ms de 5

electrones de valencia se les

llama aislantes.

Existen tomos con menos de 4

electrones de valencia y resulta

ms fcil para ellos cederlos que

captarlos de otros tomos; a este

tipo de materiales se les llama

conductores.

Por lo tanto a los elementos que

contienen cuatro electrones de valencia

se les llama semiconductores, puesto

que no son ni buenos conductores ni

buenos aislantes.

Un conductor es un material que

soporta un flujo de carga cuando se

aplica una fuente de voltaje a

travs de sus terminales

Un aislante es aquel material que

ofrece un valor muy pobre de flujo

de carga bajo la tensin de una

fuente de voltaje aplicada

Por ltimo, un semiconductor es el

material que presenta un nivel de

conductividad situado entre los

casos anteriores.

La conductividad elctrica es la capacidad que

tiene un material para permitir el flujo de

electrones. La resistividad es la inversa de la

conductividad es decir, cuanto mayor sea el

nivel de conductividad, menor ser el nivel de

resistencia

La conductividad elctrica puede variar

debido a factores externos tales como

cambios de temperatura, excitacin

ptica y concentracin de impurezas.

Debido a que se pueden variar las

propiedades elctricas tales como:

movilidad, conductividad, resistividad,

etc, los semiconductores son los

materiales ms adecuados para el

desarrollo de dispositivos electrnicos.

A los semiconductores, Si y Ge, se les

llama semiconductores elementales

Los materiales semiconductores presentan un

patrn perfecto en el ordenamiento de sus

tomos (o casi perfecto) que es de naturaleza

peridica (que se repite en forma continua). Un

patrn completo se denomina cristal y el

arreglo peridico de los tomos red.

ACTIVIDAD EXTRACLASE

Los semiconductores son

materiales slidos que

poseen caractersticas

tales como elasticidad y

rigidez

En la clasificacin de los slidos existen

tres categoras, que son: los slidos

amorfos, los slidos cristalinos y los

slidos policristalinos

La mayora de los semiconductores se

fabrican a partir de materiales

cristalinos y por eso se estudiaran

algunas caractersticas de ellos.

A diferencia de los materiales

amorfos, los materiales

cristalinos presentan una

periodicidad perfecta (o casi

perfecta) en su estructura

atmica

Un cristal es un slido homogneo que presenta una estructurainterna ordenada de sus partculas reticulares, sean tomos,iones o molculas.

La palabra proviene del griego crystallos, nombre que dieronlos griegos a una variedad del cuarzo, que hoy se llama cristalde roca.

En un cristal, los tomos e iones se encuentran organizados deforma simtrica en celdas elementales, que se repitenindefinidamente formando una estructura cristalina. Un cristalsuele tener la misma forma de la estructura cristalina que laconforma.

La propiedad caracterstica y definidora del medio

cristalino es ser peridico, es decir, que a lo largo de

cualquier direccin, y dependiendo de la direccin elegida,

la materia que lo forma se halla a distancias especficas y

paralelamente orientada. Adems de sta, otras

propiedades caractersticas son la homogeneidad y la

anisotropa.

Por tanto, el cristal est formado por la repeticin

montona de agrupaciones atmicas paralelas entre s y a

distancias repetitivas especficas.

Periodicidad

Calidad de lo que ocurre o se efecta cada

cierto espacio de tiempo, repeticin regular.

El medio cristalino es un medio peridico ya que a lo

largo de cualquier direccin la materia que lo forma

se halla a distancias especficas y paralelamente

orientada, de forma que la orientacin y distancias a

que se encuentran dependen de la direccin elegida.

La distancia segn la cual las unidades estructurales

se repiten paralela e idnticamente a lo largo de una

direccin dada se denomina traslacin. stas definen

la denominada red cristalina, constituida por una

serie de puntos (nudos) separados entre s por las

citadas traslaciones.

Homogeneidad

Uniformidad en la composicin y la estructura

de una sustancia o una mezcla:

En una red cristalina la distribucin de

nudos alrededor de uno de ellos es la

misma, independientemente del nudo

que tomemos como referencia. As una

red es un conjunto de nudos

homogneos o bien, un conjunto

homogneo de nudos

La red de nudos constituyente del

estado cristalino es anistropa en

cuanto a las distancias entre

nudos, es decir, sta depende de la

direccin segn la cual se mide

Anisotropa

Caracterstica de algunas sustancias de

variar alguna de sus propiedades segn la

direccin en que se midan:

el fenmeno de la anisotropa se debe a la

ordenacin particular de los tomos de la

red-cristalina.

La red cristalina es una abstraccin del contenidomaterial de este medio cristalino, y el tratarlonicamente en funcin de las traslaciones presentesconstituye la esencia de la teora de las redescristalinas.

En la red cristalina todos los puntos, nudos, tienenexactamente los mismos alrededores y son idnticosen posicin con relacin al patrn o motivo que serepite

Este motivo es una constante del cristal ya queconstituye el contenido material, es decir, su naturalezaatmica, de manera que red x motivo = cristal.

La unidad mnima que por repeticin transnacional puede generar

todo el cristal, se denomina CELDA UNIDAD.

La celda unidad se define mediante las longitudes de 3 ejes a, b y c

(ejes de coordenadas) y los ngulos entre ellos a, b, y g.

La celda unitaria tiene un valor muy importante debido a que se

puede analizar al cristal completo investigando un volumen

representativo

Los cristalgrafos han mostrado que todos los

materiales cristalinos existentes pueden agruparse

en 7 sistemas cristalinos

Dichos sistemas se denominan regular o cbico,

hexagonal, trigonal, tetragonal, rmbico, monoclnico

o monosimtricos, y triclinicos o simtricos.

En 1848 Bravas demostr que solo hay posibilidad

de tener 14 tipos de redes espaciales que cumplan la

condicin de que cada punto tenga idntico alrededor.

Las redes de Bravas son 14 formas en las que se

pueden acomodar los tomos de las redes para que

se obtenga el mismo medio circundante; dicho de

otra forma, si uno observara el cristal desde uno de

los tomos de la red, vera exactamente la misma

colocacin de los tomos circundantes a la red sin

importar la colocacin del observador

Se pueden definir cuatro tipos bsicos de celda unidad:

Celda simple

Celda centrada en el cuerpo

Celda centrada en las caras

Celda centrada en la base

por lo cual al aplicarlos a los sistemas se vuelven 14 segn la

asimilacin de las celdas unidades

Los diferentes dispositivos semiconductores son muestrasde un monocristal que puede impurificarseintencionalmente con algn tomo de impureza, paraobtener un material con un tipo de conductividad y unaresistencia elctrica especfica. Son varios los procesospara fabricar monocristales y cada uno posee ciertasventajas para aplicaciones particulares.

Lo primero que se debe de hacer para fabricar cualquierdispositivo semiconductor es la obtencin de losmateriales semiconductores con el nivel de purezadeseado. Las materias primas tanto como las del dixidode silicio y el dixido de germanio (que son las msutilizadas) se someten a procesos qumicos y de fundicinpara obtener silicio y germanio. Los tomos de estoscristales se encuentran desordenados (materialpolicristalino).

El trmino epitaxia: Este trmino se refiere a un proceso de

crecimiento orientado de una pelcula sobre un substrato, que

puede ser del mismo material que la pelcula (homoepitaxia) o bien

de un material diferente (heteroepitaxia). A los procesos de

cristalizacin de pelculas sobre la superficie de un substrato se les

llama, en forma genrica, mtodos de crecimiento epitaxial

Estas tcnicas ocupan un lugar muy importante en la tecnologa

de semiconductores relacionada con el diseo de circuitos

integrados, as como de dispositivos semiconductores entre lo que

se cuentan fotodetectores, fotodiodos y transistores de alta

frecuencia.

Dependiendo de la forma de transportar el material a crecer desde

la fuente hasta el substrato, todos los procesos epitaxiales se

dividen en tres tipos: (a) epitaxia por fase lquida, (b) epitaxia por

fase gaseosa, (c) epitaxia por haces moleculares.

Hoy en da todos estos procesos son utilizados en el crecimiento de

los ms diversos dispositivos y estructuras semiconductoras.

Para que se logre una

purificacin mayor y un

ordenamiento de los

cristales, se someten al

proceso llamado

Refinacin por Zonas

Mtodo de Bridgman

Este sistema est formado por un

recipiente (bote) largo y angosto

hecho de material de cuarzo o de

grafito para que exista una

contaminacin mnima, adems de

un contenedor de cuarzo en forma

de tubo y un grupo de bobinas de

induccin de RF (radio frecuencia).

el fin es fundir una pequea porcin

del lingote y hacer un

desplazamiento de la zona fundida

continuamente a todo lo largo del

lingote, de un extremo al otro;

aunque para este ejemplo, son las

bobinas las que se mueven. Para un

mayor grado de purificacin, al

interior del contenedor se le aplica un

vaco para reducir la posibilidad de

contaminacin.

El material que va ser purificado se

coloca en el recipiente (bote). En un

extremo se coloca una pequea

semilla, que es una pequea muestra monocristalina con el

patrn deseado de los tomos

(como alguna de las redes de

Bravais) y se colocan las bobinas

en el mismo extremo de la semilla.

Posteriormente se le aplica a la

bobina la seal de radio frecuencia

la cul, inducir un flujo de carga

en el lingote o barra. La magnitud

de estas corrientes aumenta hasta

que se desarrolla una cantidad de

calor suficiente para fundir esa

regin del material semiconductor

as, las impurezas en el lingote

pasarn a un estado lquido.

Al mover en forma transversal las bobinas

de radio frecuencia, se va creando un

material fundido que al irse enfriando, los

tomos adoptan un patrn de red similar al

de la semilla.

Cuando la zona fundida pasa a

travs del lingote largo, los

tomos de las impurezas se van

acumulando (recogiendo) en el

lquido y al final se acumulan

solamente en el extremo del

lingote cuando la ltima parte de

la zona fundida se solidifica

finalmente; o sea, las bobinas de

induccin ya han alcanzado el

extremo de la barra.

Esta parte del lingote contiene casi todas

las impurezas y entonces se corta, y se

repite el proceso completo hasta que se

haya logrado el nivel de impurezas que se

desea.

Una desventaja que presenta este

mtodo, es el contacto del material

fundido con las paredes del crisol;

Un mtodo

alternativo que

elimina el

problema anterior

es el mtodo de

Czochralski

En un crisol de cuarzo se

coloca la materia prima de la

cual se obtendr un lingote de

material monocristalino

Por medio de las bobinas de

calefaccin de grafito se

funde el material contenido

en el crisol a una

temperatura aproximada de

1500C;

cuando el material est

totalmente fundido, la

temperatura se comienza a

disminuir hasta alcanzar unos

pocos grados arriba del punto

de solidificacin y a

continuacin se introduce la

semilla de muestra

monocristalina en el fundido

apenas penetrando debajo de

la superficie del mismo hasta

que se forma una interfase

slido-lquido adecuada

Los tomos del material

fundido tienen mas energa

que los de la semilla y

tienden a ocupar los lugares

de mnima energa que sta

les proporciona

Cuando todos los lugares

de una capa de tomos se

han ocupado, la semilla se

retira en forma gradual

mientras se gira lentamente

el eje que sostiene a la

misma en sentido contrario

a las manecillas del reloj y

el eje del pedestal del crisol

en sentido horario; esto se

hace para obtener una

perfeccin del cristal y

controlar el dimetro del

lingote.

Cuando el eje que sostiene a la semilla est girando, se

retira lentamente del fundido y se logra formar otra capa

de tomos y as sucesivamente una red reticular con las

caractersticas de la semilla se empieza a formar

Una vez que se ha alcanzado el tamao deseado del lingote

se procede a desmontarlo de la

semilla que lo sostiene

Un crisol de grafito

puede ser satisfactorio

para hacer crecer

cristales de germanio;

pero se requiere un

recubrimiento de cuarzo

amorfo de alta pureza

para el silicio

Durante el proceso de

crecimiento de monocristales

por este mtodo, se deben

controlar cuatro parmetros

crticos, que son la temperatura

del horno y de la interfase

slido-lquido, la velocidad de

tiro de la semilla, las

velocidades de rotacin del

crisol y la semilla y el flujo de

argn