Temas

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Temas

• Fenómenos de Ruptura
• Juntura Desviaciones de lo ideal
• Interfaces Metal-Semiconductor y Diodo Schottky
• Dispositivos Optoelectrónicos
• Referencias

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Fenómenos de Ruptura Inversa

• Avalancha
• Zener

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Tensión de ruptura inversa
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Tensión de Ruptura inversa
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Avalancha

• Cuando aumenta la tensión inversa, la energía
  transferida por colisión aumenta
• Cerca de VBR la energía es suficiente para
  ionizar un átomo semiconductor (impact
  ionization)
• Libera un electrón de valencia
• Efecto bola de nieve
• Incremento de I suave alrededor de VBR
• VBR aumenta con la Temp.

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Avalancha
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Tensión de Ruptura
cuando
Ecr independiente del dopado
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Zener

• Efecto túnel en un diodo en inversa
• Partícula atraviesa la barrera (sin modificar su
  energía o la de la barrera)

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Zener

• Efecto túnel es significativo
• Estados vacíos de un lado, y llenos del otro a la
  misma energía
• Ancho de la barrera de potencial pequeño (10nm)

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Zener

• Cuanto mayor la tensión inversa, mayor la
  cantidad de estados a ambos lados mayor
  corriente inversa
• En Si, Xd lt 10nm, para dopados gt 10e17 / cm3
  (dopado fuerte en ambos lados)
• Tensión de ruptura pequeña
• Efecto dominante cuando VBR lt 5V

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Zener y Avalancha

• Avalancha
• VBR aumenta con aumento de Temperatura
• Zener
• VBR disminuye con el aumento de la Temperatura
• Característica de ruptura suave

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Zener y Avalancha

• Zener
• ruptura suave
• Históricamente, se denomina Zener a todos los
  diodos que utilizan la característica de ruptura
  (aún cuando el efecto dominante sea avalancha)

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Juntura Desviaciones de lo ideal
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Factores no ideales

• Entre 0.35V y 0.7V, pendiente esperada q/KT
• A tensiones mayores que 0.7V, pendiente
  disminuye
• Altos niveles de I
• A tensiones menores de 0.35V, mayores corrientes
  (pendiente q/2KT
• Recombinación y generación en la zona de
  vaciamiento
• También produce incremento de I en inversa

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Interfaces Metal-Semiconductor y Diodo Schottky
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Interfaz metal - semiconductor
Electron affinity
Diff. to Fermi level
workfunction
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(No Transcript)
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MS diode
Forward conduction dominated by electron
injection from semiconductor into metal
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El diodo Schottky
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El diodo Schottky

• Reverse bias capacitance is identical to a pn
  junction
• Forward bias
• Diffusion component of current negligible
• No storage of minority carriers
• No diffusion capacitance
• High frequency use

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Contactos ohmicos

• Imperfecciones producen barrera de potencial
• Los niveles de energía no dependen del dopado
• A mayor dopado disminuye la zona de vaciamiento,
  y se produde la conducción por efecto túnel
  (contacto ohmico)

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Dispositivos Optoelectrónicos
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(No Transcript)
24
(No Transcript)
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Fotodiodos

• Tip. Si o GaAs
• Un fotón produce un par hueco-electrón.
• La circulación de estas cargas produce corriente
• Captación
• 250nm 1100nm para Si y 800nm 2um para GaAs
• Importante Capacidad de capturar los electrones
  antes que se recombinen
• Eficiencia cuántica relación entre fotones que
  impactan y electrones de I

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Fotodiodos

• Factores Importantes
• Velocidad de respuesta
• Eficiencia cuántica
• Linealidad
• Uniformidad espacial
• Ruido oscuro (dark noise)

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Fotodiodos
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Diodo p-i-n
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• Hamamatsu model S2386 silicon photodiode

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(No Transcript)
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Toshiba TPS850
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Light Emitting Diode (LED)

• Definition a semiconductor device that emits
  incoherent narrow-spectrum light when
  electrically biased in the forward direction

Courtesy of Wikipedia http//en.wikipedia.org/wiki
/LED
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Light Emitting Diode (LED)

• LED v.s. Incandescent (Edisons lightbulb) and
  Flourescent Bulbs
• Much longer life span (105 - 106 hrs v.s. 103 /
  104 hrs)
• Suitable for applications that are subject to
  frequent on-off cycling
• Efficiency better than incandescent but
  currently worse than flourescent bulbs

Source US Department of Energy
http//www.netl.doe.gov/ssl/faqs.htm
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LED Efficiency

• Internal Quantum Efficiency (?int)
• Definition ratio of the number of electrons
  flowing in the external circuit to the number of
  photons produced within the device
• Has been improved up to 80
• External Quantum Efficiency
• Definition The percentage of photons that can be
  extracted to the ambient.
• Typically 1 10
• Limiting factor of LED efficiency
• Improvement techniques dome-shaped package,
  textured surface, photonic crystal,

Source Lecture Note of Optoelectronic Devices
(by Sheng-fu Horng, Dept. of Electrical Engrg,
NTHU, Hsinchu, Taiwan)
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LEDs
External quantum efficiency is due to
reflections in the Interface air-semiconductor
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LED
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Pares Tx-Rx
38
(No Transcript)
39
(No Transcript)
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Optoacopladores

• Aislación eléctrica entre dos circuitos.
  Comunicación óptica
• Típicamente se utilizan haces de luz entre el
  rojo al infrarrojo

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• Características importantes
• Tensión de aislación
• Buena relación de transferencia
• Baja capacidad de acoplamiento
• Imnunidad a interferencias

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(No Transcript)
43
(No Transcript)
44
(No Transcript)
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Referencias

• Robert F. Pierret, Semiconductor Device
  Fundamentals, Addison Wesley, 1996. Capítulos 6,
  9, 14.
• Stanley G. Burns, Paul R. Bond, Principles of
  Electronic Circuits, PWS Publishing Company,
  1997. Capítulo 3.