Apéndices Dispositivos Electrónicos y Fotónicos Universidad de Oviedo Área de Tecnología Electrónica Departamento de Ingeniería Eléctrica, Electrónica,

Apéndices

Dispositivos Electrónicos y Fotónicos

Universidad de Oviedo

Área de Tecnología Electrónica

Departamento de Ingeniería Eléctrica, Electrónica, de Computadores y de Sistemas

ATE-UO Ap 00

ATE-UO Ap 01

Apéndice 1:

Entendiendo el significado del

Nivel de Fermi y de la

Distribución de Fermi-Dirac

Enrico Fermi, Premio Nobel de Física en 1938

Paul Dirac, Premio Nobel de Física en 1933

Herbert Kroemer, Premio Nobel de física en 2000 por el "desarrollo de heteroestructuras para semiconductores de alta velocidad y optoelectrónica".

El Nivel de Fermi forma un papel fundamental en el dibujo de los diagramas de bandas de los semiconductores

ATE-UO Ap 02

Energía de los electrones que pueden conducir corriente eléctrica (libres) en un metal

Estudiamos lo que pasa a 0 K

Energía de los electrones

Estadosposibles para los electrones

EF1Electrones

• Aún no hemos visto qué pasa a temperatura ambiente

• Aún no hemos colocado el origen (el “cero”) de medición de la energía

En estas condiciones, éste es el

Nivel de Fermi: La energía de los electrones más energéticos. Marca el límite de ocupación de los estados posibles

ATE-UO Ap 03

¿Qué pasa si estamos a temperatura ambiente?

E

EF1

Estadosposibles

Electrones

A 0 K

En estas condiciones, éste es el Nivel de Fermi: La energía de los electrones que ocupan la mitad de los estados posibles. Sigue marcando el límite de ocupación de los estados posibles, pero de forma estadística

E

EF1

Estadosposibles

Electrones

A 300 K

ATE-UO Ap 04

¿Y si calentamos más?

A 300 K

EF1

A 3000 K

El nivel de Fermi en un metal corresponde a que los electrones ocupen la mitad de los estados posibles

50%50%

50%50%

• ¡Ojo! Aún no hemos colocado el origen de la energíaATE-UO Ap 05

Formalicemos todo esto:La distribución de Fermi-Dirac f(E)

500 K

0 K

300 K

Definimos la función f(E): es la probabilidad de que un estado

de energía E esté ocupado por un electrón, en equilibrio

1 + e (E-EF)/kT

f(E) =1

EF = nivel de Fermi

k = constante de Boltzmann

T = temperatura absoluta

0

0,5

1

0

f(E)

EFE

3000 K

ATE-UO Ap 06

Obtención “formal” de la energía de los electrones libres en un metal

EEstadosposibles

Estadosposibles

X

X

=

=

EF

E

f(E)

10,50

300 K

Probabilidadde ocupación

EEstadosvacíos

Electrones

Ocupaciónreal

• ¡Ojo! Seguimos sin colocar el origen (el “cero”) de la energíaATE-UO Ap 07

Para colocar el “cero” de la energía hay que contestar a la pregunta: ¿Cuánto cuesta robarle un electrón a un metal?

Estudiamos lo que pasa a 0 K Introducimos el concepto de “función de trabajo”

EEstadosposibles del Metal 2

FM2

EEstadosposibles del Metal 1

EF2

ElectronesEF1

Electrones

FM1

Exterior del metal (el vacío)

EF1: nivel de FermiFM1: Función de trabajo

EF2: nivel de FermiFM2: Función de trabajo

Éste es el cero de energías

ATE-UO Ap 08

¿Qué pasa si estamos a temperatura ambiente?

E

EF1

Estadosposibles FM1

Electrones

A 300 K

E

EF1

Estadosposibles

FM1

Electrones

A 0 K

ATE-UO Ap 09

Vacío

¿Y si calentamos más?

A 300 K

EF1

A 3000 K

Válvulas termoiónicas(electrónica “pre-transistor”)

FM1

Vacío

Emisión termoiónica

Magnetrón(horno de microondas)

Tubo de rayos catódicos(televisiones “no planas”)

ATE-UO Ap 10

Diagrama de bandas de un semiconductor intrínseco (I)

Vacío

Ec

Ev

EF

E

Estadosposibles

Estadosposibles

E

f(E)

10,50

A 0 K

FS E

f(E)

10,50

A 300 K

Parece lo mismo, pero no lo es

¡Nivel de Fermi en la banda prohibida!

ATE-UO Ap 11

Cambiamos la escala horizontal para ver qué ha pasado

Vacío

Ec

Ev

EF

E

Estadosposibles

Estadosposibles

FS

Electr. de valencia

Electrones de valencia

Estados posibles para

electrones

Electrones de conducción

Huecos


electrones


huecos

ATE-UO Ap 12

Diagrama de bandas de un semiconductor intrínseco (II)

Diagrama de bandas de un semiconductor intrínseco (III)

Ec

Ev

EF

EEstadosposibles

Estadosposibles

E

f(E)

10,50

A 300 K

• Es tal que la cantidad de electrones y de huecos coinciden

• No está exactamente en el medio por no ser las distribuciones de estados posibles iguales ATE-UO Ap 13

Huecos


electrones


huecos

Electrones

Posición del Nivel de Fermi en la banda prohibida

Diagrama de bandas de un semiconductor extrínseco N


electrones


huecos

EFi

E

f(E)

10,50

A 300 K

Intrínseco


electrones


huecos

EFi

Extrínseco N

E

f(E)

10,50

A 300 K

EF

• El Nivel de Fermi EF está por encima del intrínseco EFi para que haya más electrones que huecos ATE-UO Ap 14

Diagrama de bandas de un semiconductor extrínseco P


electrones


huecos

EFi

E

f(E)

10,50

A 300 K

Intrínseco


electrones


huecos

EFi

EF

Extrínseco P

E

f(E)

10,50

A 300 K

• El Nivel de Fermi EF está por debajo del intrínseco EFi para que haya más huecos que electrones

ATE-UO Ap 15

ATE-UO Ap 16

Apéndice 2:

Ejemplos de uso de la

Ecuación de continuidad

Ecuación de continuidad para los huecos:

·jp/q -

p/t = GL- [p(t)-p]/p

·jn/q +

n/t = GL- [n(t)-n]/n

Ecuación de continuidad para los electrones:

pN’/t = GL-pN’/p+Dp·2pN’/x2

nP’/t = GL-nP’/n+Dn·2nP’/x2

pN’/t = GL-pN’/p+Dp·2pN’/x2

nP’/t = GL-nP’/n+Dn·2nP’/x2

Admitiendo: • 1 dimensión (solo x)• estudio de minoritarios (huecos en zona N y

electrones en zona P)• campo eléctrico despreciable (E=0)• bajo nivel de inyección (la concentración de minoritarios,

aumentados por la inyección que se ha producido, es mucho menor que la de mayoritarios antes de la inyección)

Caso de especial interés en la aplicación de la ecuación de continuidad

d(jp zonaN )/dx = -q·Dp·2p/x2

d(jn zonaP )/dx = q·Dn·2n/x2

Queda:

ATE-UO Ap 17

x xN

+ + + ++

+

++

+ N

Hay que resolver la ecuación de continuidad en este caso:

0 = -pN’/p+Dp·2pN’/x2

La solución es:

pN’(x) = C1·e-x/Lp + C2·ex/Lp

donde Lp=(Dp· p)1/2 (Longitud de Difusión de huecos)

Inyección continua de minoritarios por una sección (régimen permanente) (I)

+

+

+

+

+

+

+

+

+ +

+ +

ATE-UO Ap18

Si XN >> Lp ,entonces:

C2 = 0 C1 = pN(0)-pN() = pN0-pN= p’N0

Por tanto: pN(x) = pN+pN0-pN)·e-xLppN(x) = pN+pN0-pN)·e-xLp

A esta conclusión también se llega integrando:

-dpN’(X)/dx = K2·pN’(x)

y teniendo en cuenta que:

Lp= 1/K2 , pN()= pN sin inyección

(véase la transparencia ATE-UO Sem 41)

Inyección continua de minoritarios por una sección (régimen permanente) (II)

ATE-UO Ap 19

• Si no se cumple XN >> Lp (unión “ no larga”), entonces:

pN(x) = pN+(pN0- pN)·senh ((XN-x)/LP)

senh (XN/LP)

• Si XN << Lp (“unión corta”) entonces:

senh (a) » a y, por tanto:

pN(x) = pN+ (pN0- pN)·(xN-x)/xN

XN

++

+

+

+

+++

++

p(x)

p

p0

x

xN

Inyección continua de minoritarios por una sección (régimen permanente) (III)

(éste es el caso más general)

En este caso, el exceso de concentración varía linealmente

En este caso, el exceso de concentración varía linealmente

ATE-UO Ap 20

ATE-UO Ap 21

Apéndice 3:

Obtención de la ecuación tensión-

corriente de una unión PN polarizada

William Bradford Shockley, Premio Nobel

de Física en 1956

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.

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.


4- Se calcula el gradiente de dicha concentración justo en los bordes de la zona de transición.



Cálculo de la corriente en función de la tensión (I)

ATE-UO Ap 22

Cálculo de la corriente en función de la tensión (II)

1010

1012

1014

1016

pP

pNV(x)

Po

rta

d./c

m3

-3 -2 -1 0 1 2 3

Longitud [mm]

pNV(0) pN()

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

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

2- Se calcula el exceso de minoritarios en los bordes externos de la zona de transición. Este exceso depende de V

ATE-UO Ap 23

Cálculo de la corriente en función de la tensión (III)

1010

1012

1014

1016

pP

pNV(x)

Po

rta

d./c

m3

-3 -2 -1 0 1 2 3

Longitud [mm]

pNV(0) pN()



4- Se calcula el gradiente de dicha concentración

justo en los bordes de la zona de transición (tga).

4- Se calcula el gradiente de dicha concentración

justo en los bordes de la zona de transición (tga).

a

ATE-UO Ap 24

jnP jpN

Longitud [mm]

40

20

0

Den

sid

ad d

e co

rrie

nte

[m

A/c

m2]

0-

-1.5 -1 -0.5 0.5 1 1.5

0+

60

80

Cálculo de la corriente en función de la tensión (IV)



jpN(0)jnP(0)



jtotal = jnP(0) + jpN(0)

ATE-UO Ap 25

1- Salto de concentraciones

V0 = VT·ln(pP/pN()) (1) V0-V = VT·ln(pP/pNV()) (2)

2- Exceso de minoritarios en el borde

V = VT·ln(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.

pP

pNV(x)

pNV(0)

pN()

Cálculo de la corriente en función de la tensión (V)

pNV(x)=p-(pNV() - pN())·e-x/L

Lp

(5)

pNV(x) = -(pNV() - pN())

Lp[ ]0

(6)

ATE-UO Ap 26

Cálculo de la corriente en función de la tensión (VI)

5- Corrientes de minoritarios

6-Corriente total (A es la sección)

i=A·jTotal=A·(jpN(0)+ jnP(0)) (9)

Usando la ecuación (3) para huecos y para electrones, queda:

pNV() -pN() = pN()·(eV/VT -1) (10)

nPV() -nP() = nP()·(eV/VT -1) (11)

jpN(0)=q·Dp·(pNV() -pN())

Lp

(7)

jnP(0)=q·Dn·(nPV() -nP())

Ln

(8)

ATE-UO Ap 27

Cálculo de la corriente en función de la tensión (VII)

Sustituyendo (10) y (11) en (7) y (8) y éstas en (9), queda:

i = A·q·(Dp·pN()/Lp+Dn·nP()/Ln)·(eV/VT -1) (12)

y como pN()=ni2/ND y nP()=ni

2/NA , queda:

i = A·q·ni2·(Dp/(ND·Lp) + Dn/(NA·Ln))·(eV/VT -1) (13)

Esta ecuación se puede escribir como:

i=IS·(eV/VT -1)

donde:

IS = A·q·ni2·(Dp/(ND·Lp)+Dn/(NA·Ln))

Muy, muyimportante

ATE-UO Ap 28

Apéndice 4:

Resolución de circuitos con diodos

ATE-UO Ap 29

Gustav Kirchhoff Léon Charles Thévenin

Recordatorio del Teorema de Thévenin

ATE-UO Ap 30

vABO

+

-

Circuito lineal

A

B

Circuito lineal

A

B

iABS

V

V = vABO

ZO

ZO = vABO/iABS-

+=

A

B

vABO

+

-

Equivalente Thévenin

Circuito lineal

A

B

Resolución de circuitos con diodos. Caso 1º:Un diodo ideal en un circuito en el que el resto

de los componentes son lineales

ATE-UO Ap 31

Circuito lineal

Circuito no lineal

Circuito de partida

idealA

B

ideal

vABO

+

-

Si vABO > 0 Þ diodo directamente polarizado Þ vAB=0, iAB>0 ( ¹ 0)

vAB

+

-

iAB

Si vABO < 0 Þ diodo inversamente polarizado Þ iAB=0, vAB=vABO ( ¹ 0)

Solución

Equivalente Thévenin

-+=

- vZO

Resolución de circuitos con diodos. Caso 2º:Un diodo real (modelo asintótico) en un circuito en

el que el resto de los componentes son lineales

ATE-UO Ap 32

Si vABO > Vg Þ diodo directamente polarizado Þ vAB=Vg+ rd·iAB

Si vABO < Vg Þ diodo inversamente polarizado Þ iAB=0, vAB=vABO

realiAB

vAB

+

-

A

Circuito lineal

B

real

V

rd

idealiAB

vAB

+

-

A

Circuito lineal

B

vABO

+

-

A

Circuito lineal

B

Resolución de circuitos con diodos. Caso 3º:Un diodo real (modelo exponencial) en un circuito en el que el resto de los componentes son lineales

ATE-UO Ap 33

El circuito impone la condición vAB = F(iAB)

realiAB

vAB

+

-

A

Circuito lineal

B

El diodo impone la condición iAB = IS·(eVAB/VT -1)

Hay que resolver este sistema, que no tiene solución explícita

Hay que resolver este sistema, que no tiene solución explícita

Resolución de circuitos con diodos. Caso 4º:Varios diodos ideales

ATE-UO Ap 34

Al ser no lineal el circuito que queda al eliminar el diodo D1, no pueden aplicarse los métodos anteriores

Circuito no linealB

A

Circuito linealideal

D1

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

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

Resolución de circuitos con diodos. Caso 5º:Varios diodos reales (modelo asintótico)

ATE-UO Ap 35 Igual que el caso anteriorIgual que el caso anterior

real

realCircuito lineal

A

B

C

D

E Freal

V

rd

idealV

rd

ideal

Vrdideal

Circuito lineal

Circuito no lineal

Resolución gráfica de circuitos con un diodo, fuentes y resistencias

ATE-UO Ap 36

• El circuito impone la condición: vAB = vABO - RO·iAB

(recta de carga)

Circuito V, I, RA

B

iAB

vAB

+

-

• El 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

El punto de trabajo está definido por la intersección de la recta de carga y la curva característica

Eq. Thévenin

RO

-+=

- vABO

0

iAB

vAB

vABO

vABO/RO

ATE-UO Ap 37

Apéndice 5:

Diagramas de bandas de uniones entre

dos metales, entre dos semiconductores

y entre metales y semiconductores

Walter Hermann Schottky

¿Qué pasa si juntamos dos metales distintos (I)?

Situación de partida antes de juntarlos a 0 K

Metal 2Metal 1

E

EF1

FM1 EEF2

FM2

Estos electrones son “más energéticos”

ATE-UO Ap 38

Los acabamos de juntar y estamos a 0 K

Metal 1

E

EF1

FM1

EEF2

FM2

Va a haber cesión de electrones del metal de menor función de trabajo al de mayor función de trabajo

Metal 2

¿Qué pasa si juntamos dos metales distintos (II)?

ATE-UO Ap 39

El metal 2 queda cargado positivamente frente al metal 1 al ceder electrones

Metal 1

EEF2

FM2E

EF1

FM1

Metal 2++++

----+-

V0Aquí los electrones pierden energía (tensión positiva x carga negativa = energía negativa)V0 = (FM1 – FM2)/q

FM1 – FM2

Este diagrama de bandas baja hasta que los niveles de Fermi se igualan

Uniones metal-metal (I)

ATE-UO Ap 40

A temperatura ambiente

Vacío

EF2

FM1 – FM2

E

EF1

FM1

E FM2

Metal 1 Metal 2++++

----+-

V0

Niveles de Fermi igualados

V0 = (FM1 – FM2)/q

Uniones metal-metal (II)

ATE-UO Ap 41

Vacío

Ec

Ev

EF

FSElectrones

Huecos

CS

Uniones entre semiconductores (I)

Definimos la afinidad electrónica de un semiconductor

CS: energía para extraer un electrón del borde inferior de

la banda de conducción

ATE-UO Ap 42

Casos:

- Uniones entre dos tipos de semiconductores del mismo

material: Homouniones- Uniones entre dos tipos de semiconductores de distinto

material: Heterouniones

Uniones entre semiconductores (II)

- Homouniones: ambas partes tienen igual afinidad electrónica CS e igual ancho de banda prohibida EC-EV

- Heterouniones: ambas partes tienen diferente afinidad electrónica CS y diferente ancho de banda prohibida EC-EV

- Tanto en heterouniones como en homouniones, las funciones de trabajo FS de ambas partes son distintas

Sem1 tipo N

Sem1 tipo P

Homounión

Sem1 tipo N o P

Sem 2 tipo N o P

Heterounión

ATE-UO Ap 43

Diagramas de bandas de las dos partes de una homounión PN antes de unirse

p

n

EFP

Zona P Zona NZona P Zona N

Vacío

FSP

CS

FSN

p

n

EFN

Ec

Ev

- Idénticos valores de CS y EC-EV

- Distintos valores de FS

ATE-UO Ap 44

p

n

EF1N

EV1

EC1

Sem1 N

p

n

EF2P

EC2

EV2

Sem2 P

FS1N FS2P

Vacío

Diagramas de bandas de las dos partes de una heterounión NP antes de unirse (ejemplo)

CS1

CS2

- Distintos valores de CS, EC-EV y FS

ATE-UO Ap 45

Diagrama de bandas de una homounión (I)

p

n

EFP

p

n

EFN

Zona P - + Zona NV0Zona P Zona N

Doblado de bandas

Se igualan los niveles de Fermi

ATE-UO Ap 46

V0 = (EFN – EFP)/q

V0 = (FSP – FSN)/q

y también

Diagrama de bandas de una homounión (II)

Ev

Ec

EF

Ev

Ec

Zona P neutra Zona N neutraZ. trans.

nP nN

pP pN

Estados posibles para los electrones(estados vacíos)

Estados posibles para los huecos(electrones de valencia)

E

Cantidad de portadores y longitud

Zona P - + Zona NV0

ATE-UO Ap 47

Diagrama de bandas de una homounión (III)

Ev

Ec

EF

Ev

Ec

Zona P neutra Zona N neutraZ. trans.

nP

nN

pP

pN

Estados posibles para los electrones

Estados posibles para los huecos

E


Originan corriente de campo de electrones Originan corriente de

difusión de electrones

Originan corriente de campo de huecos

Originan corriente de difusión de huecos

Las corrientes de huecos de difusión y campo se equilibran Las corrientes de electrones de difusión y campo se equilibran La corriente total es cero

ATE-UO Ap 48


Ejemplo de diagrama de bandas de una heterounión

p

n

EF1N

Sem1 N

p

n

EF2P

-+ Sem2 P

ATE-UO Ap 49

Hay que tratarlas como heterouniones

Casos:

- Función de trabajo del semiconductor FS menor que la del metal FM (el semiconductor cede electrones al efectuar el contacto)

- Función de trabajo del semiconductor FS mayor que la del metal FM (el metal cede electrones al efectuar el contacto)

- En ambos casos, el semiconductor puede ser P o N

Uniones entre metal y semiconductor (I)

Sem tipo N

Metal

FS < FM

Semtipo N

Metal

FS > FM

Sem tipo P

Metal

FS < FM

Semtipo P

Metal

FS > FMATE-UO Ap 50

Uniones entre metal y semiconductor (II)

Sem tipo N

Metal

FS < FM

Semtipo N

Metal

FS > FM

Sem tipo P

Metal

FS < FM

Semtipo P

Metal

FS > FM

-

-

-

-

ATE-UO Ap 51

n

EFS

EV

EC

Sem N Metal

FS

Vacío

Diagramas de bandas de las dos partes de una metal y semiconductor antes de unirse (caso FS < FM)

CS

ATE-UO Ap 52

nEFM

FM

Sem N

Ejemplo de diagrama de bandas de una unión metal-semiconductor (caso FS < FM) (I)

n

EFS

FS

Vacío

ATE-UO Ap 53

nEFM

FM

+



Sem N Metal-

Ejemplo de diagrama de bandas de una unión metal-semiconductor (caso FS < FM) (II)

ATE-UO Ap 54

Sem N + Metal-

Se ha generado una tensión eléctrica V0 que impide la emigración masiva de los electrones del semiconductor (como en una unión PN). Es una unión Schottky

n

EF

nFSP – FSN


Los otros casos de uniones metal-semiconductor

ATE-UO Ap 55

También se forma unión Schottky si el semiconductor es P y FS > FM

En los otros dos casos, no se forma unión Schottky

Ejemplo de unión n-metal con FS > FM (no Schottky)

n

EF

n

Apéndice 6:

Efecto túnel y ruptura Zener

ATE-UO Ap 56

Max Born, Premio Nobel de Física

en 1954

Clarence Melvin Zener

Max Planck, Premio Nobel de Física en 1918

Diagrama de bandas de una homounión sin polarizar (repetición de ATE-UO Ap 48)

Ev

Ec

EF

Ev

Ec

nP

nN

pP

pN



E


Originan corriente de campo de electrones Originan corriente de

difusión de electrones

Originan corriente de campo de huecos

Originan corriente de difusión de huecos

La corriente total es cero

ATE-UO Ap 57

Zona P - + Zona NV0

• Corriente total débil debida a campo eléctrico y que no varía casi con la tensión inversa (V<0) aplicada

Ec

Ev

EFi

Ec

EF

nP

pN

- +

- +Ev

EFi

EF

pP

nN

Sin polarizar

-jn campo

EF

Ev

EFi

Ec

nN

pN

- +

- +

(VO-V)·q

jtotal » jn campo + jp campo

jp campo

Diagrama de bandas de una homounión con polarización inversa

Polarización inversa (V<0)

ATE-UO Ap 58

Z. trans.Zona P Zona N

Ec

Ev

EFi

Ec

EF

nP

pN

- +

- +Ev

EFi

EF

pP

nN

Sin polarizar

• Corriente total fuerte debida a difusión, que varía mucho con la tensión directa (V>0) aplicada

-jn campo

EF

Ev

EFi

Ec

nN

pN

- +

- +

(VO-V)·q -jn difusión

jp difusión

jtotal » jn difusión + jp difusión

jp campo

Diagrama de bandas de una homounión con polarización directa

ATE-UO Ap 59

Polarización directa (V>0)

Z. trans.Zona P Zona N

Energía

Distancia

Barrera de potencial ancha

Efecto túnel

ATE-UO Ap 60

-

Cede energía

-

-

Adsorbe energía

- -

-

Distancia

EnergíaBarrera de potencial muy

estrecha (<10-6 cm)

Superación de una barrera sin

efecto túnel

Superación de una barrera por

efecto túnel- - --

Ec

Ec

nP

pN

nN

Ev

Ev

pP

Zona P Zona N

ATE-UO Ap 61

Diagrama de bandas de una homounión con polarización inversa muy intensa (I)



Ahora vamos a prescindir del concepto de hueco en la siguiente diapositiva

Ec

Ec

nP

nN

Ev

Ev

Zona P Zona N

ATE-UO Ap 62

Diagrama de bandas de una homounión con polarización inversa muy intensa (II)



Electrones de conducción

Ec

Ec

nP

nN

Ev

Ev

Zona P Zona N

ATE-UO Ap 63



Diagrama de bandas de una homounión con polarización inversa muy intensa sin efecto túnel

-

Cede energía

-

-

Adsorbe energía

- -

-

• Muy pocos electrones de la zona P tienen la energía necesaria para seguir esta trayectoria (son los electrones de la banda de conducción de la zona P)

Ec

Ec

nP

nN

Ev

Ev

Zona P Zona N

ATE-UO Ap 64



Diagrama de bandas de una homounión con polarización inversa muy intensa con efecto túnel

-

Si la barrera es muy estrecha (aunque sea alta), muchos electrones de valencia atraviesan la zona de transición por efecto túnel (corriente inversa fuerte). Esto es la ruptura Zener

--

EF

EF

P. directa: corriente fuerte

Ejemplo de diagrama de bandas de una unión metal-semiconductor rectificadora polarizada

Diapositiva ATE-UO Ap 54

EF

Sin polarizar: corriente nula

EF

EF

P. inversa: corriente casi nulaATE-UO Ap 65

EF

EF

Metal a negativo: corriente fuerte

EFEF

Metal a positivo: corriente fuerte

EF

Sin polarizar: corriente nula

Ejemplo de diagrama de bandas de una unión metal-semiconductor óhmica polarizada

Diapositiva ATE-UO Ap 55

ATE-UO Ap 66

Documents

Apéndices Dispositivos Electrónicos y Fotónicos Universidad de Oviedo Área de Tecnología Electrónica Departamento de Ingeniería Eléctrica, Electrónica,