Estudio termodinámico de los procesos de transporte en semiconductores: cuasineutralidad, rectificación del flujo de carga y efectos de escala

El estudio de transporte de calor y carga en semiconductores tiene sus orígenes alrededor de la primera mitad del siglo XIX, con los trabajos pioneros de Fourier, Ohm y Fick sobre la conducción de calor, la conducción de electricidad y los fenómenos de difusión respectivamente, sin embargo, aún hoy en día prácticamente 200 años después, cobran cada vez más relevancia los estudios de transporte debido al desarrollo de la tecnología y consecuentemente el surgimiento de nuevos sistemas de estudio como lo son las películas delgadas de apenas unos pocos nanómetros de espesor, sistemas nanoestructurados o multicapa en la nanoescala, los cuales han permitido descubrir el importante papel de distintos fenómenos (trampas de calor, rectificación térmica, captura de luz, etc.) en las escalas mencionadas, no solo en un sentido teórico o experimental, sino también en un sentido industrial y comercial. Conocer los mecanismos involucrados en el transporte de calor y carga en semiconductores u otros materiales puede ayudar a desarrollar nuevos y mejores dispositivos termoeléctricos o de conversión de energía, así como mejorar el desempeño y la eficiencia de los existentes. Para lograr estos propósitos, diferentes modelos de transporte han sido derivados a partir de la termodinámica irreversible lineal o de la termodinámica estadística u otros marcos teóricos, tales modelos han sido una herramienta de gran valor que se van acercando a una descripción más completa, detallada y precisa de los fenómenos de transporte. Desde mediados del siglo pasado se han hecho importantes contribuciones al estudio de los fenómenos de transporte, por ejemplo el estudio teórico de uniones p-n en semiconductores y transistores [1], o el de la estadística de la recombinación de electrones y huecos [2], o las condiciones físicas que simplifican las ecuaciones de transporte como la condición de cuasineutralidad y el modelo de transporte ambipolar [3].