Sin ttulo de diapositiva

1

• Materiales semiconductores (Sem01.ppt)
• La unión PN y los diodos semiconductores
  (Pn01.ppt)
• Transistores (Trans01.ppt)

2

• Ambos son neutros
• Compensación de cargas e iones

ATE-UO PN 01
3
Qué pasaría si no existiera la barrera que
impide la difusión?
4
Se va a producir una difusión completa de huecos
y electrones?
5
Zona N no neutra, sino cargada positivamente
Zona P no neutra, sino cargada negativamente
Es esta situación la situación final? NO
6
Aparece un campo eléctrico en la zona de contacto
(unión metalúrgica) de las zonas
7
El campo eléctrico limita el proceso de difusión
8
Zona de Transición Existe carga espacial y no
existen casi portadores de carga
9
Muy importante
Muchos electrones, pero neutra
Muchos huecos, pero neutra
10
La corriente neta en cualquier sección del
dispositivo debe ser cero
Se compensan
Se compensan
11
jp campo - jp difusión VO VTln(pP/pN)
(ver ATE-UO Sem 43)
12
jn campo -jn difusión VOVTln(nN/nP)
(ver ATE-UO Sem 41)
13
Muy importante
Ecuación del equilibrio de las corrientes de
huecos VO VTln(pP/pN) VTln(NAND/ni2)
Ecuación del equilibrio de las corrientes de
electrones VOVTln(nN/nP) VTln(NDNA/ni2)
El valor de VO calculado por ambos caminos
coincide
14
(No Transcript)
15

• Se admite que
• Hay cambio brusco de zona P a zona N
• No hay portadores en la zona de transición

16
En la zona más dopada hay menos zona de transición
La neutralidad de la carga total en la zona de
transición exige NA LZTPO ND LZTNO
17
(No Transcript)
18

• Equilibrio difusión-campo en la zona de
  transición
• VOVTln(NAND/ni2) (1) VTkT/q, 26mV a
  300ºK
• Neutralidad neta entre ambas partes de la zona de
  transición
• NA LZTPO ND LZTNO (2)
• Longitud total de la zona de transición
• LZTO LZTPO LZTNO (3)
• Relaciones entre las partes de la zona de
  transición (partiendo de (2) y (3) )
• LZTPO LZTOND/(NAND) (4) LZTNO
  LZTONA/(NAND) (5)

19

• Teorema de Gauss en la zona de transición

20
partiendo de (3-7) se obtiene VOqL2ZTONAND/(
2?(NAND)? (8) Teniendo en cuenta (1) y
eliminando VO se obtiene
Partiendo de (4-6) se obtiene EmaxO
qLZTONDNA/((NAND)?? (10) y eliminando LZTO
entre (8) y (10) se obtiene
21
Resumen
VOVTln(NAND/ni2) (1)
Muy importante
22
Conclusiones importantes
VOVTln(NAND/ni2)
Muy importante
23
Luego V 0, i 0 Por tanto VmP - VO VNm
0 y VmP VNm VO
Conclusión Los potenciales de contacto de las
uniones metal semiconductor tienen que compensar
el potencial de contacto de la unión
semiconductora.
24
Polarización directa
Hipótesis (bastante real) los potenciales de los
contactos metal-semiconductor no varían con
relación al caso anterior (VmPVNm VO)
V VmP - VU VNm VO - VU Luego VU VO - V
El potencial de contacto de la unión
semiconductora disminuye.
25
Polarización inversa
V -VmP VU - VNm -VO VU Luego VU VO V
El potencial de contacto de la unión
semiconductora aumenta.
26
Notación a usar en general
VU VO - V, siendo V lt VO
(aparcamos la posibilidad real de que V gtVO)
Conclusión Polarización directa 0 lt V
ltVO Polarización inversa V lt 0
Muy importante
27
Cómo se modifica la longitud de la zona de
transición, y la intensidad máxima del campo
eléctrico?
Regla general ( válida para VltVO) Sustituir VO
por (VO-V) en las ecuaciones
28

• Polarización directa (0 lt V lt VO)
• LZT y Emax disminuyen
• Polarización inversa (V lt 0)
• LZT y Emax aumentan

Muy importante
29

• Menos carga espacial
• Menor intensidad de campo
• Menor potencial de contaco

30

• Más carga espacial
• Mayor intensidad de campo
• Mayor potencial de contaco

31

• Polarización directa
• Disminuye la tensión interna que frena la
  difusión
• Disminuye el campo eléctrico en la zona de
  transición
• Disminuye el ancho de la zona de transición

• Polarización inversa
• Aumenta la tensión interna que frena la difusión
• Aumenta el campo eléctrico en la zona de
  transición
• Aumenta el ancho de la zona de transición

Muy importante
32
nNV/nPV cambia mucho
33
Electrones VO - V VTln(nNV/nPV)
Huecos VO - V VTln(pPV/pNV)
Analizamos la situación en los bordes externos de
la zona de transición En zona P DpP pPV - pP
DnP nPV - nP En zona N DnN nNV - nN
DpN pNV - pN Por neutralidad de carga
(aproximada) DpP DnP DnN DpN Como pPgtgtnP y
nNgtgtpN y admitimos que pPVgtgtnPV y nNVgtgtpNV
(hipótesis de baja inyección), se cumple pPV/pNV
(pP DpP) /pNV (pP DnP) /pNV pP/pNV
nNV/nPV (nN DnN) /nPV (nN DpN) /nPV
nN/nPV
Es como si los mayoritarios no cambiaran de
concentración
34
Cambio de la concentración de electrones a los
dos lados de la zona de transición VO - V
VTln(nN/nPV)
Cambio de la concentración de huecos a los dos
lados de la zona de transición VO - V
VTln(pP/pNV)
35
Pero con polarización jp total ¹ 0 y jn total ¹
0. Por tanto, las expresiones mostradas no son
válidas con polarización. Sin embargo, se pueden
seguir usando como una aproximación razonable ya
que en la unión jp total ltlt jp campo jp
total ltlt jp difusión jn total ltlt jn campo
jn total ltlt jn difusión
36
VO0,31 V
37
(No Transcript)
38
(No Transcript)
39
Inyección continua de minoritarios por una
sección (ATE-UO Sem 60)
40
(No Transcript)
41
El aumento de concentración diminuye
exponencialmente al alejarse de la unión
La disminución de concentración diminuye
exponencialmente al alejarse de la unión
42
Debido a los diferentes valores de las escalas de
concentraciones, los valores del exceso de carga
y del gradiente son muy distintos
43
Aquí se ve mejor
44
Porque dicha evolución es la clave para deducir
la relación entre la tensión V y la corriente I
en una unión PN polarizada, que es lo que
realmente nos interesa.
45
Analizando la zona de transición?
En la zona de transición hay gradientes de
concentración e intensidades de campo eléctrico
muy grandes, que causan que jp total ltlt jp campo
jp total ltlt jp difusión jn total ltlt jn
campo jn total ltlt jn difusión
No es posible obtener información sobre la
corriente total por este camino
46
Analizando los mayoritarios de las
zonasneutras?

• Sabemos que los mayoritarios aumentan
  aproximadamente así, por lo que podríamos
  calcular la corriente de difusión de
  mayoritarios.
• Pero no podemos calcular la corriente debida a
  campo eléctrico (de arrastre) ya que no sabemos
  lo que vale el campo (aunque sí sabemos que es
  muy pequeño).

Tampoco vale este método
47
Analizando los minoritarios de las
zonasneutras?
La corriente de minoritarios debida a campo
eléctrico es despreciable (pequeños valores del
campo y pequeña concentración).
Toda la corriente de minoritarios es debida a
difusión
48
Cálculo de la corriente de minoritarios en las
zonasneutras
49
Podemos conocer la corriente total a partir de
la corriente de minoritarios en las
zonasneutras?
Al no haber recombinaciones en la zona de
transición, no se modifican las corrientes
50

• En la zona de transición
• jtotal jnP(0) jpN(0)
• En el resto del cristal
• La corriente tiene que ser la misma

Muy, muy importante
51
1ª conclusión importantísima Basta conocer la
concentración de los minoritarios en los bordes
de la zona de transición para conocer la
corriente total.

• 2ª conclusión importantísima
• Polarización directa
• El gradiente de dicha concentración es bastante
  grande ? Corriente total bastante grande
• Polarización inversa
• El gradiente de dicha concentración es muy
  pequeño ? Corriente total muy pequeña

ATE-UO PN 50
52
En cada zona neutra , todo lo que no es
corriente de minoritarios es corriente de
mayoritarios
jpP jtotal - jnP jnN jtotal - jpN
53
(No Transcript)
54
V-180mV (pol. inversa) Corriente negativa con la
referencia tomada
V180mV (pol. directa) Corriente positiva con la
referencia tomada
Cambio de 1000 a 1 al pasar de 180mV a -180mV
55
1- Se calcula el salto de concentración de cada
tipo de portador de un extremo al otro de la zona
de transición. 2- Se calcula el exceso de
minoritarios en los bordes externos de la zona de
transición. 3- Se calcula la distribución
exponencial de los minoritarios al lo largo de
las zonas neutras. 4- Se calcula el gradiente de
dicha concentración justo en los bordes de la
zona de transición. 5- Se calculan las corrientes
de minoritarios en los bordes de la zona de
transición (corriente de huecos en el borde de
la zona N y de electrones en el borde de la zona
P). 6- La suma de las dos corrientes anteriores
es la corriente total.
56
1- Se calcula el salto de concentración de cada
tipo de portador de un extremo al otro de la zona
de transición. Este salto depende de VO-V
2- Se calcula el exceso de minoritarios en los
bordes externos de la zona de transición. Este
exceso depende de V
57
3- Se calcula la distribución exponencial de los
minoritarios al lo largo de las zonas neutras.
4- Se calcula el gradiente de dicha concentración
justo en los bordes de la zona de transición
(tga).
58
5- Se calculan las corrientes de minoritarios en
los bordes de la zona de transición (corriente de
huecos en el borde de la zona N y de electrones
en el borde de la zona P).
6- La suma de las dos corrientes anteriores es la
corriente total.
59
1- Salto de concentraciones VO VTln(pP/pN(?))
(1) VO-V VTln(pP/pNV(?)) (2) 2- Exceso
de minoritarios en el borde V VTln(pNV(?)
/pN(?)) (3) 3- Distribución de los
minoritarios pNV(x) pN(?)(pNV(?)
-pN(?))e-x/LP (4) 4- Gradiente en el borde de
la Z. T.
60
5- Corrientes de minoritarios
6-Corriente total (A es la sección)
iAjTotalA(jpN(0) jnP(0)) (9) Usando la
ecuación (3) para huecos y para electrones,
queda pN(?) -pN(?) pN(?)(eV/VT -1) (10) nP(?)
-nP(?) nP(?)(eV/VT -1) (11)
61
Sustituyendo (10) y (11) en (7) y (8) y éstas en
(9), queda i Aq(DppN(?)/LpDnnP(?)/Ln)(eV/
VT -1) (12) y como pN(?)ni2/ND y
nP(?)ni2/NA , queda i Aq ni2(Dp/(NDLp)
Dn/(NALn))(eV/VT -1) (13)
Esta ecuación se puede escribir como
iIS(eV/VT -1) donde IS Aq
ni2(Dp/(NDLp)Dn/(NALn))
Muy, muy importante
62

• Polarización directa con VO gt V gtgt VT

Muy importante

• Polarización inversa con V ltlt -VT

63
Unión de Ge (Ejemplo 1), sin efectos adicionales
64
Efecto de la resistencia de las zonas neutras

• La tensión de contacto ya no es VO - V
• La tensión de contacto siempre tiene el signo
  indicado
• La tensión V puede ser mayor que VO

65
Generación en la zona de transición

• Habíamos supuesto que no había generación de
  pares electrón-hueco
• La corriente inversa aumenta por efecto de esta
  generación

66
Avalancha primaria
La corriente aumenta fuertemente si se producen
pares electrón-hueco adicionales, o bien por
choque o bien por otra causa. Esto será estudiado
después
67
Muy importante
68

• Nos olvidamos de lo que se ha visto sobre
  electrónica física
• Definimos un nuevo componente ideal de teoría de
  circuitos

Muy, muy importante
69
Circuito abierto la corriente conducida es nula,
sea cual sea el valor de la tensión aplicada
Diodo ideal
Corto circuito la tensión soportada es nula, sea
cual sea el valor de la corriente conducida
70
Diodo real
Diodo ideal
El comportamiento de una unión PN es muy
semejante al de un diodo ideal
71
(No Transcript)
72
(No Transcript)
73
(No Transcript)
74
Muy importante
Circuito equivalente asintótico
75
(No Transcript)
76
Si vABO gt 0 Þ diodo directamente polarizado Þ
vAB0, iABgt0 (¹ 0)
Si vABO lt 0 Þ diodo inversamente polarizado Þ
iAB0, vABvABO (¹ 0)
77
Si vABO gt Vg Þ diodo directamente polarizado Þ
vABVg rdiAB
Si vABO lt Vg Þ diodo inversamente polarizado Þ
iAB0, vABvABO
78
En circuito impone la condición vAB F(iAB)
En diodo impone la condición iAB IS(eVAB/VT
-1)
Hay que resolver este sistema, que no tiene
solución explícita
79
Al ser no lineal el circuito que queda al
eliminar el diodo D1, no pueden aplicarse los
métodos anteriores
Método a seguir Establecer una primera hipótesis
sobre el estado de conducción de cada diodo. A
continuación resolver el circuito y verificar si
se llega a alguna situación incompatible con la
idealidad de los diodos. En caso afirmativo,
repetir el proceso hasta que se llegue a una
hipótesis compatible con la idealidad de los
diodos.
80
Igual que el caso anterior
81

• En circuito impone la condición vAB vABO -
  ROiAB
• (recta de carga)

• En diodo impone la condición definida por su
  curva característica

El punto de trabajo está definido por la
intersección de la recta de carga y la curva
característica
82
Polarización inversa i -IS
siendo IS Aq ni2(Dp/(NDLp)Dn/(NALn))
La corriente IS depende fuertemente de T (se
dobla cada 10ºC)
Polarización directa i ISeqV/(kT)
La corriente i aumenta con T (prevalece la
tendencia de IS)
83
En ambos caso, para la misma tensión, la
corriente aumenta con la temperatura
Muy importante
84
VO0,596 V
85
Ejemplo 2 (Si) con V0,48 (i544?A)
Ejemplo 1 (Ge) con V0,18 (i566?A)
86
Ge mejor en conducción Si mejor en bloqueo
Muy importante
87
No, ya que la conducción está ligada a la
concentración de portadores de carga en los
bordes externos de la zona de transición y al
ancho de la zona de transición, siendo en ambos
casos necesario crear, destruir o mover
portadores de carga, lo que requiere tiempo.

• Se caracterizan como
• Capacidades parásitas (aplicaciones lineales)
• Tiempos de conmutación (en conmutación)

88
Es la dominante con polarización inversa
89
Condensador
Unión PN
Condensador nuevas cargas a la misma distancia
(Ccte.) Unión PN nuevas cargas a distinta
distancia (C???cte.)
90
Partiendo de
CtransdQ/dV?A/LZT
Se obtiene
Muy importante
Es una función del tipo K(VO-V)-1/2
91

• Los diodos varicap o varactores son diodos que se
  utilizan como condensadores variables controlados
  por por tensión.
• Se basan en la capacidad de transición de una
  unión PN polarizada inversamente.
• Se utilizan frecuentemente en electrónica de
  comunicaciones para realizar moduladores de
  frecuencia, osciladores controlados por tensión,
  control automático de sintonía, etc.

Muy importante
92
dominante con polarización directa
En polarización directa, Ctrans crece mucho. Sin
embargo, carece de importancia porque aparece
otro efecto capacitivo La capacidad de
difusión. Esta capacidad está ligada a la
concentración de minoritarios en los bordes
externos de la zona de transición.
93
Al incrementar la tensión tiene que producirse un
aumento de concentración de minoritarios, que
tarda tiempo en producirse, lo que se asocia a la
llamada capacidad de difusión
94
Transición de a a b (apagado), en una escala
amplia (ms o s).
Comportamiento dinámicamente ideal
95
Transición de a a b (apagado), en una escala
detallada (?s o ns).
ts tiempo de almacenamiento (storage time )
tf tiempo de caída (fall time )
trr tiempo de recuperación inversa (reverse
recovery time )
Muy importante
96
Por qué ocurre esto? Porque no habrá capacidad
de bloqeo hasta que las concentraciones de
minoritarios sean menores que las de equilibrio
97
Transición de b a a (encendido)
td tiempo de retraso (delay time ) tr tiempo
de subida (rise time ) tfr td tr tiempo de
recuperación directa (forward recovery time )
El proceso de encendido es más rápido que el
apagado.
98
Zonas P y N incomunicadas
99
Zonas P y N comunicadas y sin polarizar (I)
100
Zonas P y N comunicadas y sin polarizar Representa
mos la distribución de los portadores
Estados posibles para los electrones (estados
vacíos)
Estados posibles para los huecos (electrones de
valencia)
101
Zonas P y N comunicadas y sin polarizar Valoración
de las corrientes
jn campo jn difusión 0
jp campo jp difusión 0
102
Polarización inversa (Vlt0). Valoración de las
corrientes
Sin polarizar
Corriente total débil debida a campo eléctrico y
que no varía casi con la tensión inversa (Vlt0)
aplicada
103
Polarización directa (Vgt0). Valoración de las
corrientes
Sin polarizar
Corriente total fuerte debida a difusión, que
varía mucho con la tensión directa (Vgt0) aplicada

104

• La tensión inversa máxima que puede soportar una
  unión está limitada por una de estas 3 posibles
  causas
• Perforación (punch-through)
• Ruptura por avalancha primaria
• Ruptura zener

Perforación en uniones extremadamente cortas, la
zona de transición puede llegar a invadir toda la
zona neutra cuando se aumenta excesivamente la
tensión inversa aplicada. En estas condiciones la
unión ya no es capaz de soportar tensión inversa
sin conducir.
105
Ruptura por avalancha primaria Como se comentó
en ATE-UO PN 65, la corriente inversa aumenta
fuertemente si se producen pares electrón-hueco
adicionales por choque. El fenómeno se vuelve
degenerativo si la intensidad del campo eléctrico
aumenta suficientemente.
El coeficiente de temperatura en este caso es
positivo (al aumentar la temperatura aumenta la
tensión de ruptura.)
106
Valores de la longitud de la zona de transición
LZTO y del campo eléctrico máximo EmaxO sin
polarizar (ver ATE-UO PN 27)
Ruptura Zener Dopando muy fuertemente ambas
zonas se puede conseguir que LZTO sea muy pequeña
(lt10-6 cm) y EmaxO muy grande (106 volt/cm). En
estas condiciones, con tensiones inversas
pequeñas (5 voltios) se puede dar la ruptura de
la unión al producirse conducción inversa por
efecto tunel.
El coeficiente de temperatura en este caso es
negativo (al aumentar la temperatura disminuye la
tensión de ruptura)
107
(No Transcript)
108
Corriente casi exclusivamente debida a electrones
de valencia que atraviesan la zona de transición
por efecto tunel
109
Comparación entre ruptura por avalancha y ruptura
zener (I)

• Similitudes
• Pueden provocar la destrucción de la unión por
  aumento de temperatura.
• En ambos casos, la tensión inversa máxima Vmax
  depende del campo eléctrico aplicado que provoca
  la ruptura, Erup.

(Vmaxlt0)
110
Comparación entre ruptura por avalancha y ruptura
zener (II)

• Diferencias
• Coeficiente de temperatura positivo en el caso de
  la ruptura por avalancha y negativo en el caso
  ruptura zener.

• Cuándo se produce cada una?
• Para el Si si la tensión a la que se produce la
  ruptura es menor de 4,5 voltios, la ruptura es
  tipo zener si es mayor que 9 voltios, es tipo
  avalancha a tensiones entre 4,5 y 9 voltios es
  mixta.
• Para el Ge lo mismo pero con 2,7 y 5,4 voltios.

Consecuencia importante a tensiones intermedias
(6 voltios en Si) la tensión de ruptura varía
poco con la temperatura
111
Son diodos diseñados para trabajar en zona de
ruptura, cualquiera que sea la causa de ésta
(zener o avalancha).
VZ tensión zener o de ruptura rZ resistencia
zener
112
Curva característica asintótica
113
Diodo zener ideal
Curva característica
114
Aplicaciones de los diodos zener (I)
Circuito estabilizador con zener
Muy importante
Queremos que VRL sea constante
115
Aplicaciones de los diodos zener (II)
Circuitos limitadores de tensión
Queremos que Vs esté acotada entre VZ1 y -VZ2
Muy importante
116
Existen 4 posibilidades dependiendo de la
naturaleza del metal y del semiconductor (de la
función de trabajo del metal y del
semiconductor)
Caso 1 El semiconductor N cede electrones al
metal
117
Caso 2 El semiconductor P roba electrones al
metal
En los casos 1 y 2 se crea una zona de transición
en el semiconductor. En ambos casos se forman las
llamadas uniones rectificadoras o contactos
rectificadores.
118
Caso 3 El semiconductor N roba electrones al
metal
Caso 4 El semiconductor P cede electrones al
metal
En ambos casos se forman los llamados contactos
óhmicos.
119
La longitud de la zona de transición, el campo
eléctrico y la capacidad de transición se
calculan como en una unión PN con la zona P
infinitamente dopada.
Para calcular la tensión de contacto y las
corrientes al polarizar, hay que introducir
nuevos conceptos.
120
(No Transcript)
121
El nivel de Fermi determina la energía que con
una probabilidad 1/2 llegan a alcanzar los
electrones. A temperatura ambiente se puede
admitir que el nivel de Fermi es el nivel
energético de los electrones del metal.
122
Los valores relativos de Fm y Fs y el tipo de
semiconductor determinan las propiedades de la
unión.
123
Al poner en contacto el metal y el semiconductor
tipo N, el semiconductor cede electrones al
metal. Es el Caso 1.
124
Barrera de tensión VO Fm- Fs
125
Polarización directa
126
Polarización directa

• En polarización directa se establece una
  corriente de electrones del semiconductor al
  metal (corriente eléctrica en sentido inverso).
• La corriente crece mucho al crecer la tensión V.
• La corriente eléctrica es sólo de mayoritarios,
  por lo que en las conmutaciones no va a haber que
  esperar a que se recombinen minoritarios.

Muy importante
127
Polarización inversa (Vlt0)
No hay casi conducción
Muy importante
128
Al poner en contacto el metal y el semiconductor
tipo P, el metal cede electrones al
semiconductor. Es el Caso 2. Su comportamiento es
similar al Caso 1.
129

• Los casos 1 y 2 dan origen a un comportamiento
  de tipo unión semiconductora (existe barrera de
  potencial que evita la difusión y cuya altura se
  controla con la tensión exterior aplicada), dando
  origen a los diodos Schottky.

• Características
• Menor caída de tensión en conducción que un diodo
  de unión.
• Mayor rapidez de conmutación (los minoritarios no
  intervienen en la conducción).
• Mayor corriente inversa.
• Menor tensión inversa máxima.

Muy importante
130
Al poner en contacto el metal y el semiconductor
tipo N, el metal cede electrones al
semiconductor. Es el Caso 3.
131
Los electrones pueden pasar libremente desde el
metal al semiconductor o viceversa. Con una
tensión externa aplicada se consigue
desequilibrar este paso en un sentido o en otro,
simétricamente. Es un contacto óhmico.
132

• El caso 4 Fm gt Fs y semiconductor tipo P
• Con contactos metal-N-N o metal-P-P

Efecto tunel
133
Efecto conocido ya la zona de transición en la
zona P es mucho más estrecha que en la zona
N-. Análisis a realizar qué ocurre con las
componentes de corriente de huecos y de
electrones?
134
(No Transcript)
135
Muy, muy importante
136
La solución a la ecuación de continuidad
es pN(x) C1e-x/Lp C2ex/Lp Si XNgtgtLp
(unión larga), entonces pN(x)
pN????pN0-?pN?)e-x?Lp
Qué pasa si la unión no es larga?
137

• Si no se cumple XNgtgtLp (unión no larga), y
  además pN(0)pN0 y pN(XN)pN?? entonces

• Si XNltltLp (unión corta) entonces
• senh (a) a y, por tanto
• pN(x) pN?? (pN0- pN?)(XN-x)/XN

Muy importante
138
Como pN(x)pN?(pN0- pN?)(XN-x)/XN jpN-qDpdp
N/dx qDp(pN0- pN?)/XN
Si comparamos este resultado con el de las
uniones largas (jpN qDp(pN0- pN?)/LP), lo que
cambia es el denominador. La corriente total
será iIS(eV/VT -1) donde IS Aq
ni2(Dp/(NDXN)Dn/(NAXP))
Muy importante
En una unión larga era IS Aq
ni2(Dp/(NDLP)Dn/(NALN))
139
(No Transcript)
140

• Larga zona neutra Þ alta resistencia, pero sin
  peligro de perforación

• Corta zona neutra Þ baja resistencia, pero
  peligro de perforación

141
Hasta ahora hemos considerado que nN(0)gtgt
pN(0), lo que se llama bajo nivel de inyección.
Alto nivel de inyección En una unión dopada
asimétricamente (P N-) muy polarizada
directamente, la concentración de los
mayoritarios de la zona poco dopada llega a
aumentar con respecto al equilibrio, aumentando
su conductividad (modulación de la conductividad).
142
La resistencia en conducción se reduce por
modulación de la conductividad (aumento en la
concentración de mayoritarios por alta inyección
desde P y N )
143

• Alta capacidad de soportar tensión inversa.

• Baja resistencia con polarización directa por
  modulación de la conductividad.

• Se emplean en microondas como atenuadores y
  conmutadores.

144

• La unión PN puede
• Ser sensible a la luz ??fotodiodos y células
  solares
• Emitir luz??? Diodos Emisores de Luz (LED)

Efecto fotovoltaico (I)
Los pares electrón-hueco generados modifican las
condiciones de equilibrio térmico de la unión. Se
llegará a otras condiciones de equilibrio
distintas. Por ejemplo, con la unión en circuito
abierto, disminuirá la anchura de la zona de
transición y el campo eléctrico y la tensión en
ella. Esto significa que aparecerá tensión
directa en los contactos metálicos, ya que es la
misma situación que teníamos cuando aplicábamos
tensión directa externa.
145

• Calculamos el exceso de minoritarios en ambas
  zonas en condiciones estáticas según la ecuación
  de continuidad
• 0 GL-pN/?pDp?2pN/?x2
• 0 GL-nP/?nDn?2nP/?x2
• Suponiendo la unión larga, si repetimos la
  obtención de la ecuación característica, se
  obtiene
• iIS(eV/VT -1) - Iopt

siendo Iopt qAGL(LP LN)
146
iIS(eV/VT -1) - Iopt Iopt qAGL(LP LN)
147

• Como Iopt qAGL(LP LN), Lp(Dp ?p)1/2 y
  Ln(Dn ?n)1/2, interesa que ?p y ?n sean grandes
  para que Iopt sea grande.
• Para conseguirlo, debe haber pocos centros de
  recombinación, lo que implica cristales muy
  perfectos.

148
Fotodiodos (I)
149
Cuando hay luz sube la tensión en R (y por tanto
baja en el fotodiodo)
150
Llegan al contacto metálico de la zona N la misma
cantidad de huecos que partían del contacto
metálico de la zona P. Luego no hay
recombinaciones a lo largo de las zonas neutras.
No llegan al contacto metálico de la zona N la
misma cantidad de huecos que partían del contacto
metálico de la zona P. Luego hay recombinaciones
a lo largo de las zonas neutras.
151

• En qué se manifiesta la energía liberada en las
  recombinaciones?
• En el Ge y en el Si las recombinaciones producen
  calor.
• En compuestos III-V pueden producir radiación
  luminosa.
• Compuestos Ga As1-x Px (siendo 0ltxlt1) sirven para
  generar radiación desde el infrarrojo (Ga As,
  EgEC-EV1,43eV) al verde (Ga P, Eg2,26eV). Con
  x0,4 es rojo (Eg1,9eV).
• Los dispositivos basados en este principio
  reciben el nombre de Light Emitting Diodes (LED).

152

• Cuando el interruptor pasa de a a b, el diodo
  LED queda polarizado directamente.
• En cada sección del cristal hay distinto
  porcentaje de corriente de huecos y de
  electrones, lo que significa que hay
  recombinaciones en el proceso de conducción.
• Algunas de estas recombinaciones generan luz.

153
(No Transcript)
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(No Transcript)
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(No Transcript)