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Conducción Eléctrica
La corriente eléctrica es debida al arrastre de
electrones en presencia de un campo E.

• El flujo de corriente depende de
• La Intensidad del campo eléctrico
• Cantidad (concentración) de electrones libres en
  el material
• Movilidad de los electrones en ese material.

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Materiales Semiconductores

• Materiales con una conductividad del orden de
  101. Tienen gran cantidad de portadores de carga
  libre, lo que posibilita la conducción eléctrica.
  Los principales son
• Simples (materiales del grupo IV)
• Silicio (Si)
• Germanio (Ge)
• Compuestos
• Arseniuro de Galio (GaAs)

Enlaces covalentes
Según las características principales, un
clasificación puede ser
Para romper uno de los enlaces covalentes hay que
aplicar una energía de 0.7 eV (Si) ó 1.1 eV (Ge)
gt Energía de ionización.
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Semiconductores Intrínsecos
Tienen estructura cristalina. Existen el mismo
número de portadores positivos (huecos) que
negativos (electrones). Es un semiconductor puro
(sin impurezas, sin dopado).
n gt concentración electrones p gt concentración de
huecos n p ni (concentración intrínseca)
Su conductividad es debida a los electrones y a
los huecos
En los semiconductores intrínsecos T? ni ??
? ? s ?
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Semiconductores extrínsecos
Se introducen en el material mediante un proceso
de dopado impurezas donadoras (tipo n, átomos
del grupo V) o aceptoras (tipo p, átomos del
grupo III).
Donadoras NDND e- n p ND Aceptoras NA
NA- h p e NA-
Tipo n
La conductividad viene ahora dada por Tipo n
snq?n y Tipo p snq?p
Tipo p
Aparecen las corrientes de difusión. Las
partículas tienden a dispersarse desde regiones
de alta concentración a regiones de baja.
Ocurre cuando no es homogénea la distribución de
portadores en la pastilla semoconductora.
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Se produce una difusión de portadores y un campo
eléctrico que se opone a esta corriente de
difusión. Cuantas más cargas se difundan, mayor
será este campo hasta que llegue un momento en el
que se produce el equilibrio dinámico.

DIFUSIÓN ARRASTRE
UNIÓN PN
Se puede considerar como un semiconductor con
distribución no homogénea de portadores.
ND(x)gt0 zona n ND(x)lt0 zona p ND(x)0 unión
metalúrgica
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Corrientes de difusión
Son debidas al gradiente de concentración en el
dopado del semiconductor. Es un fenómeno
estadístico debido a la agitación térmica y no a
repulsión de cargas de distinto o igual signo.
Esta corriente de difusión va desde el sector de
mayor concentración al de menor. La densidad de
corriente se puede calcular por Donde Dp es
la constante de difusión de huecos (m2/seg)
Relación de Einstein Tanto ? como D son
fenómenos estadísticos y no son independientes.
Se relacionan por y
Donde VT es el potencial equivalente de
temperatura, k es la constante de Bolzman y q la
carga del electrón. A T300ºK (temperatura
ambiente), VT0.026 volts.
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Corriente total
Cuando existen simultáneamente un gradiente de
potencial y un gradiente de concentración en un
semiconductor, aparecen la corriente de difusión
y la de arrastre. Para el caso de los huecos
viene dada por Y para los electrones
Ecuación de continuidad La concentración de
electrones y huecos es función del espacio y del
tiempo. Siendo igual para el caso de los
electrones
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Inyección de carga de portadores minoritarios
Consideremos una barra de semiconductor que se
dopa uniformemente con átomos donadores, de
manera que nND (la concentración) es
independiente de la posición. Si, debido a una
radiación, se generan portadores minoritarios
(tipo p). Como varia la concentración de estos en
fución de x.
Se asume que Ip se debe por entero a la difusión,
mientras que en los e aparece la corriente de
desplazamiento. La longitud de difusión de huecos
es Siendo ?p el tiempo de vida media de los
huecos.
p(x)p(x)-p0 es la concentración inyectada
La concentración de minoritarios inyectados
(exceso de minoritarios)
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Así pues, las corrientes quedan Corrientes de
difusión La corriente de difusión de huecos
(minoritarios) es IPAJP . Luego Este
resultado se emplea para hallar la corriente en
un diodo semiconductor. Y se puede demostrar que
la corriente de difusión de electrones es
Corrientes de desplazamiento
Como la barra semiconductora se encuentra en
circuito abierto, la corriente total debe ser 0.
Debe existir una corriente de mayoritarios
(electrones)
O sea que
Con lo que la corriente de desplazamiento de los
electrones tb disminuye exponencialmente con la
distancia x.
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Variación de potencial
Se considera ahora el caso de una unión abrupta.
La mitad de la barra es de tipo n (concentración
ND) y la otra mitad de tipo p (NA). Como la
densidad de carga cambia bruscamente en la unión
gt dopado en escalón
Aparece un potencial entre las dos
secciones Potencial de contacto V0
NOTA En equilibrio térmico n?pni2
Como pp0 concentración de huecos en el
equilibrio en el lado p y pn0 concentración de
huecos en el lado n. Y pn0 ni2/ND
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Unión p-n en circuito abierto
p n
Inicialmente sólo hay portadores tipo p en la
parte positiva de la unión y portadores tipo n en
la negativa. Debido al gradiente de concentración
en la unión, los huecos se difunden hacia la
parte negativa y viceversa. Aparece la zona de
transición o de carga espacial.
?
E
Densidad de carga
Campo Eléctrico
V
Potencial Eléctrico
El campo se opone a que siga habiendo corriente
de difusión
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La característica esencial de la unión p-n es que
permite con facilidad el paso de cargas en un
dirección y se opone en otra debido a esa barrera
de potencial.
Polarización Inversa La corriente es debida a las
pocas partículas de tipo p del lado n y las
negativas del lado p (minoritarios). Es la
corriente inversa de saturación del diodo (I0).
La altura de la barrera de potencial aumenta.
Polarización Directa
Se reduce la barrera de potencial (se estrecha la
zona de carga espacial. Se incrementa la
corriente de huecos desde el lado p al lado n y
electrones desde el lado n al p gt corrientes de
minoritarios de inyección.
Las corrientes de desplazamiento o arrastre de
minoritarios pueden despreciarse. O sea que la
corriente de minoritarios se debe a la difusión.
Esta corriente decrece exponencialmente al
alejarnos de la unión.
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Componentes de corriente en un diodo p-n
Ipn(0)
Corriente total en el diodo
Inp(x) corriente de difusión de electrones
Ipn(0)Inp(0)
Ipn(x) corriente de difusión de huecos
Inp(0)
x0
Y la corriente de difusión de minoritarios viene
dada por
Además, pn(0) depende del potencial de la unión
ya que el potencial disminuye y van mas
portadores a la unión.
Corriente total del diodo Ipn(0)Inp(0)
Sustituyendo en la anterior
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Corriente inversa de saturación
Componentes de la corriente de mayoritarios
En cualquiera de las dos regiones del diodo la
corriente total es constante varia
exponencialmente con la distancia a la unión. Por
ello debe existir una corriente de mayoritarios.
En la región tipo n Esta corriente de
mayoritarios tiene una componente debida a
difusión y otra al desplazamiento.
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Característica Tensión-corriente
La corriente I se relaciona con la tensión V
mediante la expresión
Donde
A temperatura ambiente, T300ºK, VT 0.026 26
mV. Para el Germanio ?1 y para el silicio ?2.