Unión p
- 1. Alumno: URTEAGA NINANYA ROMULO Curso : FÍSICA ELECTRONICA Profesor: MENDOZA NOLORBE JUAN
- 2. Unión P-N En una unión entre un semiconductor p y uno n, a temperatura ambiente, los huecos de la zona p pasan por difusión hacia la zona n y los electrones de la zona n pasan a la zona p. En la zona de la unión, huecos y electrones se recombinan, quedando una estrecha zona de transición con una distribución de carga debida a la presencia de los iones de las impurezas y a la ausencia de huecos y electrones. Se crea, entonces un campo eléctrico que produce corrientes de desplazamiento, que equilibran a las de difusión. A la diferencia de potencial correspondiente a este campo eléctrico se le llama potencial de contactoV0.
- 3. En los temas anteriores se han estudiado las propiedades de los semiconductores en equilibrio térmico y fuera del equilibrio. Los semiconductores intrínsecos tienen un uso muy limitado, sin embargo los semiconductores dopados con impurezas son la base de los dispositivos que a partir de ahora vamos a estudiar. Si sobre la superficie de un semiconductor previamente dopado con impurezas aceptoras se difunden átomos dadores se forma una unión de propiedades muy interesantes llamada unión p-n. La unión p-n desempeña un importante papel en las aplicaciones de la electrónica moderna, así como en la construcción y aplicación de otros dispositivos semiconductores. Se utiliza por ejemplo en aplicaciones de rectificación, conmutación, ... Además es un dispositivo fundamental en la construcción de otros dispositivos semiconductores tales como los transistores bipolares, tiristores, transistores de efecto de campo o dispositivos para aplicación en microondas o fotónicos. En esta lección se van a presentar las características ideales estáticas y dinámicas de la unión p-n en base a las ecuaciones obtenidas en la lección anterior. a muestra dos materiales semiconductores, uno de tipo P y otro de tipo N separados entre sí. En ellos el nivel de Fermi EF está cerca de la banda de valencia para la muestra de tipo P y cerca de la banda de conducción para el material de tipo N. Por otra parte, el material de tipo P tiene una concentración de huecos mucho mayor que de electrones y al revés ocurre en el material de tipo N. (a) Semiconductores de tipo N y tipo P uniformemente dopados antes de la unión. (b) Campo eléctrico en la región espacial de carga y diagrama de bandas de energía en la unión p-n en equilibrio térmico. Formación de la región espacial de carga Una unión p-n se forma cuando se unen estas dos regiones. En la práctica, los procesos de fabricación de uniones p-n son los de epitaxia, difusión e implantación de iones.
- 4. Para simplificar vamos a suponer el caso en que el límite entre las regiones P y N represente una unión escalón o unión abrupta. En este tipo de unión la transición entre las regiones P y N tiene lugar en una distancia extremadamente pequeña. Por lo tanto, hay un cambio brusco en el dopaje yendo desde P hasta N. Aunque la unión abrupta no es una estructura típica de los dispositivos modernos, sí es, en cambio, una buena aproximación de la unión p-n, que pone de manifiesto sus características de funcionamiento y de tensión-corriente. Otro argumento a favor de utilizar dicha aproximación es que el comportamiento físico interno y las propiedades eléctricas de la unión varían muy poco con el método que se emplee en su obtención. El hecho de unir ambos tipos de material provoca un elevado gradiente de concentración de portadores en las proximidades de la unión. De hecho, lo que se observa es por un lado, una corriente de difusión de huecos de la región P hacia la región N y por otro, una corriente de difusión de electrones de la región N hacia la P. Pero además, la marcha o difusión de estos portadores de su región inicial a la otra deja − al descubierto algunos iones fijos en la red cristalina, iones aceptores negativos N A en + la región P e iones dadores positivos en la región N, N D . Dicha zona es llamada zona de agotamiento o región espacial de carga y es una región en que no existen ni electrones ni huecos pero contiene átomos dadores ionizados positivamente a un lado y átomos aceptores ionizados negativamente al otro lado. En consecuencia, se forma una zona de con cargas negativas fijas en la cara P de la unión y una zona con cargas positivas fijas en la cara N. La presencia de estas cargas fijas da lugar a la aparición de un fuerte campo eléctrico cuyas líneas de campo se dirigen desde la zona N hacia la zona P, es decir, desde la zona de carga positiva a la zona de carga negativa (Fig. 1b). La orientación, por tanto, de este campo eléctrico es siempre en contra de la corriente de difusión del portador de carga considerado. Las condiciones después del contacto se muestran en Fig. 2: