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Los huecos y electrones difundidos, que han pasado a ser portadores minoritarios, se recombinan con otros portadores de carga. El resultado de esta difusión es una región virtualmente vacía de portadores móviles.
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Los huecos y electrones difundidos, que han pasado a ser portadores minoritarios, se recombinan con otros portadores de carga. El resultado de esta difusión es una región virtualmente vacía de portadores móviles. • La corriente de difusión queda limitada automáticamente por el campo eléctrico asociado a los iones de la red cristalina. Como un hueco se difunde del lado p al lado n, pierde energía cinética debido a la fuerza retardante del campo eléctrico. La diferencia de potencial entre los lados p y n que resulta de este campo eléctrico se llama tensión de barrera o voltaje interconstruido. Una barrera de potencial de idéntico valor se opone a la difusión de los electrones en dir opuesta.
Como los portadores mayoritarios, cuya energía térmica varía ampliamente, están siempre disponibles, la tensión de barrera actúa como un filtro de energía, permitiendo sólo aquellos portadores cuya energía exceda el valor mínimo de Vic y contribuir a Idif. • Corriente de desplazamiento. Está formada por electrones y huecos generados térmicamente, que se crean continuamente a lo largo del material. Opuesta a la corriente de difusión. • Desplazamiento y Difusión son dos procesos que están continuamente en marcha regulados por un equilibrio establecido en las proximidades de la unión. • Cuando no hay un camino externo para la corriente, I = Idif – Idr debe de ser cero para cumplir la Ley de Kirchhoff. Esta condición establece el equilibrio de la unión.
La movilidad µp, depende del campo eléctrico, de manera semejante, el coeficiente de difusión no es constante sino que depende del campo. • El potencial de contacto, o el contacto interconstruido, Vic = Vn - Vp Vic = [(kBT)/q]ln (np/nn) En esta relación Vic es el voltaje interconstruido en ausencia de cualquier polarización externa.
Calculemos ahora la anchura de la región de agotamiento para el diodo sin aplicación de polarización. • En la región de agotamiento, la densidad de portadores móviles de electrones y huecos es muy pequeña en comparación con la carga de fondo fija. • Con la aproximación, hay una región de carga negativa (debido a los aceptores) que se extiende desde la unión hasta el punto Wp en el lado p y una región de carga positiva (debida a los donadores) que se extiende desde la unión hasta Wn. • La carga total negativa y positiva tiene la misma magnitud, de modo que tenemos la igualdad AWpNa = AWnNd Donde: A es la sección transversal de la estructura p-n, Na y Nd son las densidades uniformes de adulteración para los aceptores y donadores.
En la fig. 5.4 se muestran los perfiles de la densidad de carga y del campo eléctrico. Note que el campo eléctrico no es uniforme en la región de agotamiento, y alcanza un valor máximo en la unión con un valor pico. • El agotamiento en los lados p y n puede ser bastante diferente. Si Na>>Nd, la anchura de agotamiento Wp será mucho más pequeña que Wn. De esta forma habrá un campo muy fuerte sobre una región muy estrecha en el lado fuertemente adulterado de la unión. En una unión abrupta de tal tipo (p+n o n+p) la región de agotamiento existe principalmente en el lado ligeramente adulterado. • http://saturno.fmc.uam.es/web/fisicaII/lec10/form_union/ form_union.html
DIODO SEMICONDUCTOR • Se forma al unir un material tipo n y tipo p (a partir de la misma base Si o Ge). • En el momento en que los dos materiales se “unan”, los electrones y los huecos en la región de unión se combinarán, y como consecuencia se originará una carencia de portadores en la región cercana a la unión. • Esta región de iones positivos y negativos descubiertos se denomina región de agotamiento debido a la disminución de portadores en ella.
UNIÓN P-N BAJO POLARIZACIÓN • En presencia del campo eléctrico aplicado, el balance entre las corrientes de deriva y difusión ya no existirán y se presentará un flujo de corriente neta. • Se hará algunas suposiciones de simplificación para estudiar el diodo polarizado. Estas aproximaciones serán válidas mientras el flujo de corriente no sea demasiado grande:
La estructura del diodo puede describirse mediante regiones n y p “cuasi-neutrales” y una región de agotamiento. En polarización directa, la carga minoritaria se inyecta dentro de las regiones cuasi neutrales. Sin embargo, supondremos que la densidad inyectada es bastante pequeña en comparación con la densidad mayoritaria. • Supondremos que en la región de agotamiento, las distribuciones de electrones y huecos se describen esencialmente por medio de una distribución de Boltzman y el concepto de Fermi es válido para electrones y huecos (fig 5.5) • A través de la región de agotamiento la densidad de portadores móviles es baja y, por lo tanto, el potencial externo decae principalmente a través de esta región.
En la fig 5.5 se muestra los perfiles esquemáticos de la región de agotamiento, el perfil del potencial y los perfiles de las bandas en equilibrio, pol directa y pol inversa. • En el caso de la pol. Directa, la diferencia de potencial entre el lado n y el lado p es (Vf se toma como un valor positivo). Vtot = Vic – Vf Mientras que para el caso de pol inversa es (Vr se toma con un valor positivo) Vtot = Vic + Vr
POLARIZACIÓN DIRECTA • A medida que la magnitud de la polarización aplicada se incrementa, la región de agotamiento continuará disminuyendo su amplitud hasta que un grupo de electrones pueda atravesar la unión, con un incremento exponencial de la corriente.
EFECTOS DE ALTO VOLTAJE EN DIODOS • A medida que la polarización directa se incrementa, el dispositivo comienza a tener más de un comportamiento óhmico, donde la relación corriente-voltaje está dada por una simple expresión lineal. • La corriente está ahora controlada por la resistencia de las regiones tipo n y tipo p, así como también la resistencia de contacto. Debe advertirse, sin embargo, que para altas densidades de corriente que intervienen, el dispositivo puede calentarse y sufrir quemaduras.
POLARIZACION INVERSAVD<0 V • En pol. Inversa el número de iones positivos descubiertos en la región de agotamiento del material “n” se incrementa debido al gran número de electrones libres atraídos por el potencial positivo del voltaje aplicado. De igual manera, el número de iones negativos descubiertos se incrementa en la región “p”. Por lo tanto, el área de agotamiento aumenta, con lo cual también se establecerá una barrera que detendrá el paso de los portadores mayoritarios, lo que da como resultado una reducción a cero del flujo de éstos.
