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.
PREFACIO
CAPÍTULO 1. ESTADOS ELECTRÓNICOS Y BANDAS DE ENERGÍA EN SEMICONDUCTORES
1.1 REDES CRISTALINAS I
1.2 REDES CRISTALINAS II
1.3 ÍNDICES DE MILLER
1.4 ESTRUCTURA DE BANDAS I
1.5 ESTRUCTURA DE BANDAS II
1.6 ESTRUCTURA DE BANDAS III
1.7 CÁLCULO DE VELOCIDADES Y MASAS EFECTIVAS
1.8 TRANSPORTE DE PORTADORES EN UN CAMPO ELÉCTRICO
1.9 DENSIDAD DE ESTADOS ENERGÉTICOS. SEMICONDUCTOR TRIDIMENSIONAL
1.10 DENSIDAD DE ESTADOS ENERGÉTICOS. SEMICONDUCTOR BIDIMENSIONAL
1.11 ESTADÍSTICA DE SEMICONDUCTORES
1.12 CENTROS TRIPOLARES
1.13 EFECTO HALL
1.14 CENTROS PROFUNDOS
1.15 GENERACIÓN Y RECOMBINACIÓN DE PORTADORES
1.16 RECOMBINACIÓN AUGER
1.17 PROBLEMAS PROPUESTOS
CAPÍTULO 2. TRANSPORTE EN SEMICONDUCTORES
2.1 PSEUDONIVELES DE FERMI
2.2 TIEMPOS DE RELAJACIÓN
2.3 ECUACIONES DE CONTINUIDAD I
2.4 ECUACIONES DE CONTINUIDAD II
2.5 EVOLUCIÓN TEMPORAL DEL EXCESO DE PORTADORES
2.6 IONIZACIÓN POR IMPACTO
2.7 PROBLEMAS PROPUESTOS
CAPÍTULO 3. LA UNIÓN METAL-SEMICONDUCTOR
3.1 RELACIÓN ENTRE CARGAS, POTENCIALES Y CORRIENTES
3.2 UNIÓN METAL-SEMICONDUCTOR EN CIRCUITOS
3.3 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 DOPADO
3.6 PROBLEMAS PROPUESTOS
CAPÍTULO 4. LA UNIÓN PN
4.1 RELACIÓN ENTRE CARGAS, POTENCIALES Y CORRIENTES
4.2 MODELO DE GRAN SEÑAL DEL DIODO, RESISTENCIA INTERNA
4.3 CORRIENTES DE GENERACIÓN Y RECOMBINACIÓN
4.4 CAPACIDAD DE LA UNIÓN PN Y CÁLCULO DE PERFILES DE DOPADO
4.5 MODELO DE CONTROL DE CARGA, TIEMPO DE ALMACENAMIENTO
4.6 PROBLEMAS PROPUESTOSCAPÍTULO 5. EL TRANSISTOR BIPOLAR
5.1 CARGAS Y CORRIENTES EN EL TRANSISTOR BIPOLAR
5.2 POLARIZACIÓN DE TRANSISTORES PNP
5.3 MODELO DE PEQUEÑA SEÑAL DEL TB
5.4 TRANSISTOR BIPOLAR DE DERIVA, DOPADO DE BASE NO UNIFORME. TRANSISTORES DE BASE GRADUAL 7
5.5 ROTURA EN UN TRANSISTOR BIPOLAR POR MULTIPLICACIÓN EN AVALANCHA Y PUNCHTHROUGH
5.6 PROBLEMAS PROPUESTOS
CAPÍTULO 6. ESTRUCTURA METAL-AISLANTE-SEMICONDUCTOR
6.1 RELACIÓN ENTRE CARGA Y POTENCIAL
6.2 FUERTE INVERSIÓN. TENSIÓN UMBRAL
6.3 DÉBIL INVERSIÓN. EFECTO DE LOS ESTADOS DE SUPERFICIE
6.4 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 PROPUESTOS
CAPÍTULO 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 SATURACIÓN
7.3 TRANSISTOR MOSFET
7.4 ESTUDIO DEL EFECTO CUERPO EN TRANSISTORES MOSFET
7.5 CORRIENTE SUB-UMBRAL. MOSFET EN INVERSIÓN DÉBIL
7.6 MODULACIÓN DE LA LONGITUD DEL CANAL
7.7 SATURACIÓN DE LA VELOCIDAD DE LOS PORTADORES EN EL CANAL
7.8 EFECTOS DE CANAL CORTO Y ESTRECHO
7.9 MODELO DE PEQUEÑA SEÑAL
7.10 MOSFET EN CIRCUITOS
7.11 TRANSISTOR MOSFET SOI
7.12 PROBLEMAS PROPUESTOSCAPÍTULO 8. DISPOSITIVOS OPTOELECTRÓNICOS
8.1 ABSORCIÓN ÓPTICA DE UN SEMICONDUCTOR
8.2 FOTOCONDUCTOR
8.3 CÉLULAS SOLARES I
8.4 CÉLULAS SOLARES II
8.5 PROBLEMAS PROPUESTOS
APÉNDICE A. TABLAS
TABLA 1. CONSTANTES FÍSICAS EN LAS UNIDADES USUALES UTILIZADAS EN ELECTRÓNICA FÍSICA Y DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS. ECUACIONES FUNDAMENTALES
TABLA 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=300K
TABLA 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 MICROELECTRÓNICA
TABLA 4.3. SUBMÚLTIPLOS
TABLA 4.4. RELACIÓN DE EINSTEIN
TABLA 5. DISTINTAS CONFIGURACIONES DE LA UNIÓN METAL-SEMICONDUCTOR
TABLA 6. EXPRESIONES ÚTILES PARA EL ESTUDIO DE LA UNIÓN PN ABRUPTA Y LINEAL
TABLA 7. EXPRESIONES ÚTILES PARA EL ESTUDIO DEL BJT IDEAL CON DOPADO CONSTANTE EN LAS ZONAS DE EMISOR, BASE Y COLECTOR
TABLA 8. EXPRESIONES ÚTILES PARA EL ESTUDIO DEL MOSFET IDEAL CON DOPADO CONSTANTE DE SUSTRATO NOTAS AL CONCEPTO Y LA DEFINICIÓN DE TENSIÓN UMBRAL
APÉNDICE B. CÁLCULOS USUALES
B1. MÉTODOS DE RESOLUCIÓN DE ECUACIONES NO LINEALES
B2. 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 ELÉCTRICO
B4. CÁLCULO SENCILLO DE DIFERENCIAS DE POTENCIAL EN UNA ESTRUCTURA SEMICONDUCTORA
REFERENCIAS
ÍNDICE ALFABÉTICO