Las aplicaciones industriales de los sistemas electrónicos crecen de modo exponencial desde la invención de los primeros dispositivos electrónicos semiconductores debido a su gran capacidad de integración, bajo precio y fiabilidad. Los dispositivos electrónicos son los componentes fundamentales de los circuitos. El objetivo principal de este libro es familiarizar a ingenieros electrónicos y, en general, a profesionales del sector de la electrónica, con el funcionamiento de los dispositivos electrónicos y los circuitos básicos que se fabrican con estos.La carencia de bibliografía relacionada con los dispositivos electrónicos en español, y en particular con aplicaciones prácticas mediante la resolución de ejercicios, hace a este libro único en su género. Su enfoque práctico lo convierte en una herramienta esencial para los estudiantes de asignaturas relacionadas con los dispositivos electrónicos en titulaciones de Ingeniería Electrónica, de Telecomunicaciones e Industrial; y también para alumnos que cursan asignaturas relacionadas con Electrónica Física, Dispositivos Electrónicos y Electrónica General en la Licenciatura de Físicas.La resolución de problemas sirve de pretexto para manejar conceptos teóricos, valores reales de magnitudes físicas y métodos de resolución numérica. El planteamiento propuesto sería de difícil justificación en un libro de teoría, de ahí el valor didáctico y formativo de la obra. El libro puede servir también de referencia rápida a los profesionales de la Electrónica que necesitan refrescar la memoria en lo referente a los dispositivos electrónicos.En la segunda edición hemos añadido problemas nuevos y modificaciones en otros ya existentes. Se han mejorado las tablas y apéndices, y hemos hecho un esfuerzo por contextualizar histórica y tecnológicamente los dispositivos que se analizan. ÍndicePREFACIOCAPÍTULO 1. ESTADOS ELECTRÓNICOS Y BANDAS DE ENERGÍA EN SEMICONDUCTORES 1.1 REDES CRISTALINAS I1.2 REDES CRISTALINAS II1.3 ÍNDICES DE MILLER1.4 ESTRUCTURA DE BANDAS I1.5 ESTRUCTURA DE BANDAS II 1.6 ESTRUCTURA DE BANDAS III 1.7 CÁLCULO DE VELOCIDADES Y MASAS EFECTIVAS1.8 TRANSPORTE DE PORTADORES EN UN CAMPO ELÉCTRICO1.9 DENSIDAD DE ESTADOS ENERGÉTICOS. SEMICONDUCTOR TRIDIMENSIONAL1.10 DENSIDAD DE ESTADOS ENERGÉTICOS. SEMICONDUCTOR BIDIMENSIONAL1.11 ESTADÍSTICA DE SEMICONDUCTORES1.12 CENTROS TRIPOLARES 1.13 EFECTO HALL1.14 CENTROS PROFUNDOS1.15 GENERACIÓN Y RECOMBINACIÓN DE PORTADORES1.16 RECOMBINACIÓN AUGER1.17 PROBLEMAS PROPUESTOSCAPÍTULO 2. TRANSPORTE EN SEMICONDUCTORES 2.1 PSEUDONIVELES DE FERMI 2.2 TIEMPOS DE RELAJACIÓN2.3 ECUACIONES DE CONTINUIDAD I 2.4 ECUACIONES DE CONTINUIDAD II2.5 EVOLUCIÓN TEMPORAL DEL EXCESO DE PORTADORES2.6 IONIZACIÓN POR IMPACTO 2.7 PROBLEMAS PROPUESTOSCAPÍTULO 3. LA UNIÓN METAL-SEMICONDUCTOR3.1 RELACIÓN ENTRE CARGAS, POTENCIALES Y CORRIENTES3.2 UNIÓN METAL-SEMICONDUCTOR EN CIRCUITOS3.3 CÁLCULO DEL POTENCIAL EN DIODOS METAL-SEMICONDUCTOR INTRÍNSECO-SEMICONDUCTOR DOPADO 3.4 UNIONES METAL-SEMICONDUCTOR ÓHMICAS 3.5 CÁLCULO DE LA CAPACIDAD DE TRANSICIÓN. ESTUDIO DE LOS PERFILES DE DOPADO3.6 PROBLEMAS PROPUESTOSCAPÍTULO 4. LA UNIÓN PN 4.1 RELACIÓN ENTRE CARGAS, POTENCIALES Y CORRIENTES4.2 MODELO DE GRAN SEÑAL DEL DIODO, RESISTENCIA INTERNA4.3 CORRIENTES DE GENERACIÓN Y RECOMBINACIÓN 4.4 CAPACIDAD DE LA UNIÓN PN Y CÁLCULO DE PERFILES DE DOPADO4.5 MODELO DE CONTROL DE CARGA, TIEMPO DE ALMACENAMIENTO4.6 PROBLEMAS PROPUESTOSCAPÍTULO 5. EL TRANSISTOR BIPOLAR5.1 CARGAS Y CORRIENTES EN EL TRANSISTOR BIPOLAR5.2 POLARIZACIÓN DE TRANSISTORES PNP 5.3 MODELO DE PEQUEÑA SEÑAL DEL TB5.4 TRANSISTOR BIPOLAR DE DERIVA, DOPADO DE BASE NO UNIFORME. TRANSISTORES DE BASE GRADUAL 75.5 ROTURA EN UN TRANSISTOR BIPOLAR POR MULTIPLICACIÓN EN AVALANCHA Y PUNCHTHROUGH5.6 PROBLEMAS PROPUESTOSCAPÍTULO 6. ESTRUCTURA METAL-AISLANTE-SEMICONDUCTOR6.1 RELACIÓN ENTRE CARGA Y POTENCIAL6.2 FUERTE INVERSIÓN. TENSIÓN UMBRAL6.3 DÉBIL INVERSIÓN. EFECTO DE LOS ESTADOS DE SUPERFICIE6.4 CAPACIDADES EN LA ESTRUCTURA MIS 6.5 PROCESOS DE GENERACIÓN Y RECOMBINACIÓN EN LA ESTRUCTURA MIS 6.6 PROCESOS DE FORMACIÓN DE CARGA ESTÁTICA EN LA PUERTA Y RUPTURA DEL AISLANTE DE LA ESTRUCTURA MIS 6.7 CÁLCULO DEL POTENCIAL EN UNA ESTRUCTURA MIS DE DOBLE PUERTA SIMÉTRICA 6.8 PROBLEMAS PROPUESTOSCAPÍTULO 7. TRANSISTORES DE EFECTO CAMPO 7.1 TRANSISTORES DE EFECTO CAMPO DE UNIÓN I 7.2 TRANSISTOR DE EFECTO CAMPO DE UNIÓN II. REGIÓN DE SATURACIÓN7.3 TRANSISTOR MOSFET 7.4 ESTUDIO DEL EFECTO CUERPO EN TRANSISTORES MOSFET7.5 CORRIENTE SUB-UMBRAL. MOSFET EN INVERSIÓN DÉBIL7.6 MODULACIÓN DE LA LONGITUD DEL CANAL 7.7 SATURACIÓN DE LA VELOCIDAD DE LOS PORTADORES EN EL CANAL7.8 EFECTOS DE CANAL CORTO Y ESTRECHO7.9 MODELO DE PEQUEÑA SEÑAL7.10 MOSFET EN CIRCUITOS7.11 TRANSISTOR MOSFET SOI7.12 PROBLEMAS PROPUESTOSCAPÍTULO 8. DISPOSITIVOS OPTOELECTRÓNICOS 8.1 ABSORCIÓN ÓPTICA DE UN SEMICONDUCTOR8.2 FOTOCONDUCTOR8.3 CÉLULAS SOLARES I8.4 CÉLULAS SOLARES II 8.5 PROBLEMAS PROPUESTOSAPÉNDICE A. TABLASTABLA 1. CONSTANTES FÍSICAS EN LAS UNIDADES USUALES UTILIZADAS EN ELECTRÓNICA FÍSICA Y DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS. ECUACIONES FUNDAMENTALESTABLA 2. SÍMBOLOS UTILIZADOS PARA REPRESENTAR LAS DISTINTAS MAGNITUDES FÍSICAS TABLA 3. VALOR DE LOS PARÁMETROS MÁS COMUNES EN SEMICONDUCTORES USUALES EN LA INDUSTRIA MICROELECTRÓNICA(SZE, 2007; MULLER Y KAMINS, 1977) A T=300KTABLA 4.1. NIVELES DE ENERGÍA DE LAS IMPUREZAS ELEMENTALES EN SILICIO (SZE, 2007; MULLER Y KAMINS, 1977) TABLA 4.2. FUNCIONES TRABAJO PARA METALES INTERESANTES EN LA INDUSTRIA MICROELECTRÓNICATABLA 4.3. SUBMÚLTIPLOSTABLA 4.4. RELACIÓN DE EINSTEIN TABLA 5. DISTINTAS CONFIGURACIONES DE LA UNIÓN METAL-SEMICONDUCTORTABLA 6. EXPRESIONES ÚTILES PARA EL ESTUDIO DE LA UNIÓN PN ABRUPTA Y LINEALTABLA 7. EXPRESIONES ÚTILES PARA EL ESTUDIO DEL BJT IDEAL CON DOPADO CONSTANTE EN LAS ZONAS DE EMISOR, BASE Y COLECTORTABLA 8. EXPRESIONES ÚTILES PARA EL ESTUDIO DEL MOSFET IDEAL CON DOPADO CONSTANTE DE SUSTRATO NOTAS AL CONCEPTO Y LA DEFINICIÓN DE TENSIÓN UMBRALAPÉNDICE B. CÁLCULOS USUALES B1. MÉTODOS DE RESOLUCIÓN DE ECUACIONES NO LINEALESB2. TEOREMA DE GAUSS PARA EL CÁLCULO DEL CAMPO ELÉCTRICO EN UN SEMICONDUCTOR B3. CÁLCULO DEL CAMPO ELÉCTRICO EN ESTRUCTURAS DONDE LA DENSIDAD DE CARGA DEPENDE DEL POTENCIAL ELÉCTRICOB4. CÁLCULO SENCILLO DE DIFERENCIAS DE POTENCIAL EN UNA ESTRUCTURA SEMICONDUCTORAREFERENCIAS ÍNDICE ALFABÉTICO
Las aplicaciones industriales de los sistemas electrónicos crecen de modo exponencial desde la invención de los primeros dispositivos electrónicos semiconductores debido a su gran capacidad de integración, bajo precio y fiabilidad. Los dispositivos electrónicos son los componentes fundamentales de los circuitos. El objetivo principal de este libro es familiarizar a ingenieros electrónicos y, en general, a profesionales del sector de la electrónica, con el funcionamiento de los dispositivos electrónicos y los circuitos básicos que se fabrican con estos.La carencia de bibliografía relacionada con los dispositivos electrónicos en español, y en particular con aplicaciones prácticas mediante la resolución de ejercicios, hace a este libro único en su género. Su enfoque práctico lo convierte en una herramienta esencial para los estudiantes de asignaturas relacionadas con los dispositivos electrónicos en titulaciones de Ingeniería Electrónica, de Telecomunicaciones e Industrial; y también para alumnos que cursan asignaturas relacionadas con Electrónica Física, Dispositivos Electrónicos y Electrónica General en la Licenciatura de Físicas.La resolución de problemas sirve de pretexto para manejar conceptos teóricos, valores reales de magnitudes físicas y métodos de resolución numérica. El planteamiento propuesto sería de difícil justificación en un libro de teoría, de ahí el valor didáctico y formativo de la obra. El libro puede servir también de referencia rápida a los profesionales de la Electrónica que necesitan refrescar la memoria en lo referente a los dispositivos electrónicos.En la segunda edición hemos añadido problemas nuevos y modificaciones en otros ya existentes. Se han mejorado las tablas y apéndices, y hemos hecho un esfuerzo por contextualizar histórica y tecnológicamente los dispositivos que se analizan. ÍndicePREFACIOCAPÍTULO 1. ESTADOS ELECTRÓNICOS Y BANDAS DE ENERGÍA EN SEMICONDUCTORES 1.1 REDES CRISTALINAS I1.2 REDES CRISTALINAS II1.3 ÍNDICES DE MILLER1.4 ESTRUCTURA DE BANDAS I1.5 ESTRUCTURA DE BANDAS II 1.6 ESTRUCTURA DE BANDAS III 1.7 CÁLCULO DE VELOCIDADES Y MASAS EFECTIVAS1.8 TRANSPORTE DE PORTADORES EN UN CAMPO ELÉCTRICO1.9 DENSIDAD DE ESTADOS ENERGÉTICOS. SEMICONDUCTOR TRIDIMENSIONAL1.10 DENSIDAD DE ESTADOS ENERGÉTICOS. SEMICONDUCTOR BIDIMENSIONAL1.11 ESTADÍSTICA DE SEMICONDUCTORES1.12 CENTROS TRIPOLARES 1.13 EFECTO HALL1.14 CENTROS PROFUNDOS1.15 GENERACIÓN Y RECOMBINACIÓN DE PORTADORES1.16 RECOMBINACIÓN AUGER1.17 PROBLEMAS PROPUESTOSCAPÍTULO 2. TRANSPORTE EN SEMICONDUCTORES 2.1 PSEUDONIVELES DE FERMI 2.2 TIEMPOS DE RELAJACIÓN2.3 ECUACIONES DE CONTINUIDAD I 2.4 ECUACIONES DE CONTINUIDAD II2.5 EVOLUCIÓN TEMPORAL DEL EXCESO DE PORTADORES2.6 IONIZACIÓN POR IMPACTO 2.7 PROBLEMAS PROPUESTOSCAPÍTULO 3. LA UNIÓN METAL-SEMICONDUCTOR3.1 RELACIÓN ENTRE CARGAS, POTENCIALES Y CORRIENTES3.2 UNIÓN METAL-SEMICONDUCTOR EN CIRCUITOS3.3 CÁLCULO DEL POTENCIAL EN DIODOS METAL-SEMICONDUCTOR INTRÍNSECO-SEMICONDUCTOR DOPADO 3.4 UNIONES METAL-SEMICONDUCTOR ÓHMICAS 3.5 CÁLCULO DE LA CAPACIDAD DE TRANSICIÓN. ESTUDIO DE LOS PERFILES DE DOPADO3.6 PROBLEMAS PROPUESTOSCAPÍTULO 4. LA UNIÓN PN 4.1 RELACIÓN ENTRE CARGAS, POTENCIALES Y CORRIENTES4.2 MODELO DE GRAN SEÑAL DEL DIODO, RESISTENCIA INTERNA4.3 CORRIENTES DE GENERACIÓN Y RECOMBINACIÓN 4.4 CAPACIDAD DE LA UNIÓN PN Y CÁLCULO DE PERFILES DE DOPADO4.5 MODELO DE CONTROL DE CARGA, TIEMPO DE ALMACENAMIENTO4.6 PROBLEMAS PROPUESTOSCAPÍTULO 5. EL TRANSISTOR BIPOLAR5.1 CARGAS Y CORRIENTES EN EL TRANSISTOR BIPOLAR5.2 POLARIZACIÓN DE TRANSISTORES PNP 5.3 MODELO DE PEQUEÑA SEÑAL DEL TB5.4 TRANSISTOR BIPOLAR DE DERIVA, DOPADO DE BASE NO UNIFORME. TRANSISTORES DE BASE GRADUAL 75.5 ROTURA EN UN TRANSISTOR BIPOLAR POR MULTIPLICACIÓN EN AVALANCHA Y PUNCHTHROUGH5.6 PROBLEMAS PROPUESTOSCAPÍTULO 6. ESTRUCTURA METAL-AISLANTE-SEMICONDUCTOR6.1 RELACIÓN ENTRE CARGA Y POTENCIAL6.2 FUERTE INVERSIÓN. TENSIÓN UMBRAL6.3 DÉBIL INVERSIÓN. EFECTO DE LOS ESTADOS DE SUPERFICIE6.4 CAPACIDADES EN LA ESTRUCTURA MIS 6.5 PROCESOS DE GENERACIÓN Y RECOMBINACIÓN EN LA ESTRUCTURA MIS 6.6 PROCESOS DE FORMACIÓN DE CARGA ESTÁTICA EN LA PUERTA Y RUPTURA DEL AISLANTE DE LA ESTRUCTURA MIS 6.7 CÁLCULO DEL POTENCIAL EN UNA ESTRUCTURA MIS DE DOBLE PUERTA SIMÉTRICA 6.8 PROBLEMAS PROPUESTOSCAPÍTULO 7. TRANSISTORES DE EFECTO CAMPO 7.1 TRANSISTORES DE EFECTO CAMPO DE UNIÓN I 7.2 TRANSISTOR DE EFECTO CAMPO DE UNIÓN II. REGIÓN DE SATURACIÓN7.3 TRANSISTOR MOSFET 7.4 ESTUDIO DEL EFECTO CUERPO EN TRANSISTORES MOSFET7.5 CORRIENTE SUB-UMBRAL. MOSFET EN INVERSIÓN DÉBIL7.6 MODULACIÓN DE LA LONGITUD DEL CANAL 7.7 SATURACIÓN DE LA VELOCIDAD DE LOS PORTADORES EN EL CANAL7.8 EFECTOS DE CANAL CORTO Y ESTRECHO7.9 MODELO DE PEQUEÑA SEÑAL7.10 MOSFET EN CIRCUITOS7.11 TRANSISTOR MOSFET SOI7.12 PROBLEMAS PROPUESTOSCAPÍTULO 8. DISPOSITIVOS OPTOELECTRÓNICOS 8.1 ABSORCIÓN ÓPTICA DE UN SEMICONDUCTOR8.2 FOTOCONDUCTOR8.3 CÉLULAS SOLARES I8.4 CÉLULAS SOLARES II 8.5 PROBLEMAS PROPUESTOSAPÉNDICE A. TABLASTABLA 1. CONSTANTES FÍSICAS EN LAS UNIDADES USUALES UTILIZADAS EN ELECTRÓNICA FÍSICA Y DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS. ECUACIONES FUNDAMENTALESTABLA 2. SÍMBOLOS UTILIZADOS PARA REPRESENTAR LAS DISTINTAS MAGNITUDES FÍSICAS TABLA 3. VALOR DE LOS PARÁMETROS MÁS COMUNES EN SEMICONDUCTORES USUALES EN LA INDUSTRIA MICROELECTRÓNICA(SZE, 2007; MULLER Y KAMINS, 1977) A T=300KTABLA 4.1. NIVELES DE ENERGÍA DE LAS IMPUREZAS ELEMENTALES EN SILICIO (SZE, 2007; MULLER Y KAMINS, 1977) TABLA 4.2. FUNCIONES TRABAJO PARA METALES INTERESANTES EN LA INDUSTRIA MICROELECTRÓNICATABLA 4.3. SUBMÚLTIPLOSTABLA 4.4. RELACIÓN DE EINSTEIN TABLA 5. DISTINTAS CONFIGURACIONES DE LA UNIÓN METAL-SEMICONDUCTORTABLA 6. EXPRESIONES ÚTILES PARA EL ESTUDIO DE LA UNIÓN PN ABRUPTA Y LINEALTABLA 7. EXPRESIONES ÚTILES PARA EL ESTUDIO DEL BJT IDEAL CON DOPADO CONSTANTE EN LAS ZONAS DE EMISOR, BASE Y COLECTORTABLA 8. EXPRESIONES ÚTILES PARA EL ESTUDIO DEL MOSFET IDEAL CON DOPADO CONSTANTE DE SUSTRATO NOTAS AL CONCEPTO Y LA DEFINICIÓN DE TENSIÓN UMBRALAPÉNDICE B. CÁLCULOS USUALES B1. MÉTODOS DE RESOLUCIÓN DE ECUACIONES NO LINEALESB2. TEOREMA DE GAUSS PARA EL CÁLCULO DEL CAMPO ELÉCTRICO EN UN SEMICONDUCTOR B3. CÁLCULO DEL CAMPO ELÉCTRICO EN ESTRUCTURAS DONDE LA DENSIDAD DE CARGA DEPENDE DEL POTENCIAL ELÉCTRICOB4. CÁLCULO SENCILLO DE DIFERENCIAS DE POTENCIAL EN UNA ESTRUCTURA SEMICONDUCTORAREFERENCIAS ÍNDICE ALFABÉTICO 