La uni´ on PN Uni´ on con polarizaci´ on
Contactos semiconductor - semiconductor Lecci´ on 02.2 Ing. Jorge Castro-God´ınez EL2207 Elementos Activos E...
Contactos semiconductor - semiconductor Lecci´ on 02.2 Ing. Jorge Castro-God´ınez EL2207 Elementos Activos Escuela de Ingenier´ıa Electr´ onica Instituto Tecnol´ ogico de Costa Rica
I Semestre 2014
Jorge Castro-God´ınez
Contactos semiconductor - semiconductor
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La uni´ on PN Uni´ on con polarizaci´ on
Contenido
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La uni´on PN Zona de agotamiento
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Uni´on con polarizaci´ on Directa Inversa
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La uni´ on PN Uni´ on con polarizaci´ on
Zona de agotamiento
Uni´on p-n
(1)
Un trozo de material semiconductor n y un trozo de semiconductor p se juntan (se forma una juntura, junction). Consideraciones para el an´alisis: El sistema est´a en equilibrio ⇒ no est´a afectado por ninguna perturbaci´ on, e.g., tensi´ on, luz, gradientes t´ermicos, campo el´ectrico o magn´etico. El dispositivo se analiza unidimensionalmente. En la superficie de uni´ on de los materiales (uni´on metal´ urgica) hay un cambio abrupto del dopado: de material p a material n.
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Zona de agotamiento
Uni´on p-n
(2)
Semiconductor tipo p y n separados.
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Zona de agotamiento
Uni´on p-n
(3)
P
Mayoritarios: huecos Minoritarios: electrones
N
Unión metalúrgica
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Mayoritarios: electrones Minoritarios: huecos
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Zona de agotamiento
Uni´on p-n
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¿Qu´e sucede cuando se forma la juntura? A nivel de portadores de carga. A nivel de bandas de energ´ıa.
Gradiente de concentraci´ on de portadores del mismo tipo. Difusi´on de huecos del material p al material n. Difusi´on de electrones del material n al material p. Ionizaci´on de ´atomos dopantes Ionizaci´ on de aceptores NA → NA− + h+ + Ionizaci´ on de donadores ND → ND + e−
La difusi´on de portadores ocaciona la formaci´on de una regi´on o zona de agotamiento en la frontera de la uni´on. Esto se debe a la ionizaci´ on de las impurezas empleadas en el dopado. Zona de agotamiento o zona de carga espacial. Al igual que en los contactos metal-semiconductor, se genera un campo el´ectrico en la juntura.
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Zona de agotamiento
Zona de agotamiento
(2)
El campo el´ectrico ocaciona corrientes de arrastre que se oponen, en direcci´ on, a las corrientes de difusi´on. dp ~ ~ Jp = q pµp E − Dp =0 dx ~ − Dn dn = 0 J~n = q nµn E dx La corriente neta es 0 (cero). A este punto los niveles de Fermin, para ambos materiales, se encuentran alineados.
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Zona de agotamiento
Potencial de contacto
Existe un potencial de contacto Vbi . Esta ca´ıda de tensi´ on se debe al campo el´ectrico presente en la uni´on. NA · ND Vbi = Vt · ln n2i
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Directa Inversa
Uni´on p-n en polarizaci´on directa
Polarizaci´ on directa.
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Directa Inversa
Uni´on p-n en polarizaci´on inversa
Polarizaci´ on inversa. Jorge Castro-God´ınez
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Directa Inversa
Regi´on de carga espacial y polarizaci´on
La polarizaci´on puede reforzar el efecto del potencial de contacto. e.g., polarizaci´on inversa aumenta la zona de agotamiento.
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Uni´on p-n
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Uni´on p-n
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Referencias Bibliogr´aficas I
J. M. Albella et al. Fundamentos de microelectr´ onica, nanoelectr´ onica y fot´onica. Pearson, 1era edici´ on, 2005. R. Pierret. Semiconductor Device Fundamentals Adisson-Wesley, 1996.
