Download Contactos semiconductor - semiconductor
Document related concepts
no text concepts found
Transcript
La unión PN Unión con polarización Contactos semiconductor - semiconductor Lección 02.2 Ing. Jorge Castro-Godı́nez EL2207 Elementos Activos Escuela de Ingenierı́a Electrónica Instituto Tecnológico de Costa Rica I Semestre 2014 Jorge Castro-Godı́nez Contactos semiconductor - semiconductor 1 / 18 La unión PN Unión con polarización Contenido 1 La unión PN Zona de agotamiento 2 Unión con polarización Directa Inversa Jorge Castro-Godı́nez Contactos semiconductor - semiconductor 2 / 18 La unión PN Unión con polarización Zona de agotamiento Unión 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 análisis: El sistema está en equilibrio ⇒ no está afectado por ninguna perturbación, e.g., tensión, luz, gradientes térmicos, campo eléctrico o magnético. El dispositivo se analiza unidimensionalmente. En la superficie de unión de los materiales (unión metalúrgica) hay un cambio abrupto del dopado: de material p a material n. Jorge Castro-Godı́nez Contactos semiconductor - semiconductor 3 / 18 La unión PN Unión con polarización Zona de agotamiento Unión p-n (2) Semiconductor tipo p y n separados. Jorge Castro-Godı́nez Contactos semiconductor - semiconductor 4 / 18 La unión PN Unión con polarización Zona de agotamiento Unión p-n (3) P Mayoritarios: huecos Minoritarios: electrones N Unión metalúrgica Jorge Castro-Godı́nez Mayoritarios: electrones Minoritarios: huecos Contactos semiconductor - semiconductor 5 / 18 La unión PN Unión con polarización Zona de agotamiento Unión p-n (4) ¿Qué sucede cuando se forma la juntura? A nivel de portadores de carga. A nivel de bandas de energı́a. Gradiente de concentración de portadores del mismo tipo. Difusión de huecos del material p al material n. Difusión de electrones del material n al material p. Ionización de átomos dopantes Ionización de aceptores NA → NA− + h+ + Ionización de donadores ND → ND + e− Jorge Castro-Godı́nez Contactos semiconductor - semiconductor 6 / 18 La unión PN Unión con polarización Zona de agotamiento Zona de carga espacial Campo eléctrico E Jdif,p P - - + + - - + + - - + + - - + + - - + + Jdrift,p Jdrift,n Jorge Castro-Godı́nez Jdif,n N + Donador ionizado - Aceptor ionizado Contactos semiconductor - semiconductor 7 / 18 La unión PN Unión con polarización Zona de agotamiento Modelo de bandas de energı́a (1) Contacto semiconductor-semiconductor. Jorge Castro-Godı́nez Contactos semiconductor - semiconductor 8 / 18 La unión PN Unión con polarización Zona de agotamiento Modelo de bandas de energı́a (2) P N P EC N e q Vbi EFi EC EF (EF - EFi)P EF EV (EF - EFi)N h EFi q Vbi +V EV Jorge Castro-Godı́nez Contactos semiconductor - semiconductor 9 / 18 La unión PN Unión con polarización Zona de agotamiento Zona de agotamiento (1) La difusión de portadores ocaciona la formación de una región o zona de agotamiento en la frontera de la unión. Esto se debe a la ionización 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 eléctrico en la juntura. Jorge Castro-Godı́nez Contactos semiconductor - semiconductor 10 / 18 La unión PN Unión con polarización Zona de agotamiento Zona de agotamiento (2) El campo eléctrico ocaciona corrientes de arrastre que se oponen, en dirección, a las corrientes de difusión. 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. Jorge Castro-Godı́nez Contactos semiconductor - semiconductor 11 / 18 La unión PN Unión con polarización Zona de agotamiento Potencial de contacto Existe un potencial de contacto Vbi . Esta caı́da de tensión se debe al campo eléctrico presente en la unión. NA · ND Vbi = Vt · ln n2i Jorge Castro-Godı́nez Contactos semiconductor - semiconductor 12 / 18 La unión PN Unión con polarización Directa Inversa Unión p-n en polarización directa Polarización directa. Jorge Castro-Godı́nez Contactos semiconductor - semiconductor 13 / 18 La unión PN Unión con polarización Directa Inversa Unión p-n en polarización inversa Polarización inversa. Jorge Castro-Godı́nez Contactos semiconductor - semiconductor 14 / 18 La unión PN Unión con polarización Directa Inversa Región de carga espacial y polarización La polarización puede reforzar el efecto del potencial de contacto. e.g., polarización inversa aumenta la zona de agotamiento. Jorge Castro-Godı́nez Contactos semiconductor - semiconductor 15 / 18 La unión PN Unión con polarización Directa Inversa Unión p-n (5) Jorge Castro-Godı́nez Contactos semiconductor - semiconductor 16 / 18 La unión PN Unión con polarización Directa Inversa Unión p-n (6) Jorge Castro-Godı́nez Contactos semiconductor - semiconductor 17 / 18 La unión PN Unión con polarización Directa Inversa Referencias Bibliográficas I J. M. Albella et al. Fundamentos de microelectrónica, nanoelectrónica y fotónica. Pearson, 1era edición, 2005. R. Pierret. Semiconductor Device Fundamentals Adisson-Wesley, 1996. Jorge Castro-Godı́nez Contactos semiconductor - semiconductor 18 / 18
Related documents