Ees Semana 3

Electrónica en Estado Sólido Dispositivos semiconductores Bipolares Intrínsecos y Extrínsecos La unión P – N. Tipos de Fabricaciones Capacitancia y zona de Vaciamiento Precombinación, Efecto HALL y Ruido

Semana # 3 Clase 5 y 6. laminas 80 -- 118

Caicedo S. Osiris A. CI; 16.611.168 EES # 6 Prof. José Malaguera

Dispositivos semiconductores. Unión P-N 

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La banda prohibida es mucho menos ancha que en los aislantes. A T = 0 [ºC], se comportan como aislantes, pero si T, aumenta, también su conductividad, ya que se le agrega energía e los electrones. La anchura de la banda prohibida condiciona la energía que se debe aportar a los electrones para que pasen a la de conducción. engría debe superar : 0.78 [eV ]. Para el germanio 1,21 [eV ]. Para el silicio.

Dispositivos semiconductores. Unión P-N Al saltar de la banda de valencia a la de conducción, los electrones dejan un hueco. Por lo tanto, se establecen dos corrientes, una producida por los electrones situados en el banda de conducción y otra originada por los huecos.

Dispositivos semiconductores. Unión P-N intrínsecos y extrínsecos. 

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Intrínsecos: Intrínsecos Son los semiconductores puros, en los que la conducción se debe al aumento de electrones originados por variaciones de temperatura, no presentan impurezas en su estructura.

Semiconductores extrínsecos: Cuando un semiconductor intrínseco es dejado con impurezas, se convierte en extrínseco. La aparición de impurezas crea en el diagrama de bandas nuevos niveles de energía. Puede ser por difusión, implantación de iones y crecimiento epitaxial.

Dispositivos semiconductores. Unión P-N intrínsecos y extrínsecos. 

Semiconductor de tipo N: se introducen dopantes pentavalente, entonces cuatro átomos de las sustancias dopantes formarán enlaces covalentes con los átomos de Si, el quinto electrón que no comparte enlaces, es un electrón de conducción el cual será donado a la banda de conducción se llama donador.

Dispositivos semiconductores. Unión P-N intrínsecos y extrínsecos. Semiconductor de tipo P: De manera similar, si introducen en la red de Si. Impurezas de tipo trivalente (tres electrones de valencia), aparece un enlace covalente con el resto de los átomos de Si. Sin formar, entonces es un enlace roto o una ausencia del electrón de valencia para llevar enlace. Esta deficiencia de electrón en los enlaces que

PROPIEDADES DE LOS SEMICONDUCTORES 

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Un movimiento de portadores libres en un conductor conduce a una corriente. Este movimiento puede ser causado por un campo eléctrico debido a un voltaje externo aplicado. Pero, la citación externa puede ser también, térmico u óptico. Los mecanismos provocarlos en los portadores por acción de citación alternas reciben el nombre de fenómenos de transporte. Para campos eléctricos de gran magnitud, la movilidad disminuye como un inverso del campo eléctrico debido a la Disminución del tiempo de dispersión

FENOMENOS DE LOS SEMICONDUCTORES Conducción por arrastré.- Se produce cuando se somete la sustancia semiconductora a una definida de potencial o a la acción de una campo eléctrica externo. Conducción por difusión.- Las corrientes de portadores generados por difusión se deben a diferente concentración de estas en el semiconductor. Efecto de Hall.- La corriente de portadores se crea por la acción conjunta de un campo eléctrico y una magnético sobre el semiconductor.

FENOMENOS DE LOS SEMICONDUCTORES Fenómeno de arrastré de portadores: Se considera una muestra de semiconductor de tipo N con una concentración demora constante y en equilibrio térmico. La energía térmica promedio de los electrones en la banda de conducción se puede obtener a partir del teorema de equipartición de energía: ½ KT por cada grado de libertad, donde K es la constante de Boltzmann y T es la K = 3/2 k.T temperatura absoluta.

FENOMENOS DE LOS SEMICONDUCTORES Velocidad de arrastre.- Cuando se aplica al semiductor un campo eléctrico, cada electrón experimenta una fuerza La acción combinada de la velocidad térmica y la de arrastré da lugar a un movimiento neto de los electrones en sentido contrario al capo eléctrico aplicado.

Los electrones se mueven en sentido contrario al campo eléctrico y los huecos en el mismo sentido.

FENOMENOS DE LOS SEMICONDUCTORES Resistividad.- Supongamos un semiconductor de tipo N, dopado homogéneamente cuyo diagrama de bandas en la figura # 3 donde se muestra al diagrama de bandas cuando se aplica una tensión de polarización en el terminal de la parte derecha

FENOMENOS DE LOS SEMICONDUCTORES Fenómenos de difusión de portadores: Si no hay campos eléctricos aplicados, los portadores se mueven aleatoriamente, chocan con la red cristalina y son dispersados al azar. Un flujo neto de corriente, en tal proceso ocurre si hay gradiente de concentración de portadores.

FENOMENOS DE LOS SEMICONDUCTORES Transporte por deriva y difusión; la relación de Einstein: En muchos dispositivos electrónicos la carga se mueve bajo la influencia combinada de campos electrónicos y gradiente de concentración Las movilidades de electrones y huecos no son constantes. En campos de gran intensidad las movilidades disminuyen y el factor alcanza una constante correspondiente con la velocidad de saturación. Así la corriente de deriva se satura y llega ser independiente del campo.

FENOMENOS DE LOS SEMICONDUCTORES Cuando por una muestra semiconductora circula una densidad de corriente J perpendicular a un campo magnético B, éste provoca la aparición de un campo eléctrico normal al plano determinado por B y J Este mecanismo recibe el nombre de EFECTO HALL usado para determinar algunas características de semiconductores como: el tipo de portador, la movilidad. También es la base de dispositivos utilizados en la medida de campos magnéticos.

FENOMENOS DE LOS SEMICONDUCTORES proceso de recombinación

Recombinación Banda a Banda

FENOMENOS DE LOS SEMICONDUCTORES proceso de recombinación de un nivel

DISPOSITIVOS SEMICONDUCTORES BIPOLARES. LA UNIÓN PN TÉCNICAS DE FABRICACIÓN

Unión de aleación. Unión tipo mesa difundida.

DISPOSITIVOS SEMICONDUCTORES BIPOLARES. LA UNIÓN PN TÉCNICAS DE FABRICACIÓN

Unión de plana difundida sobre sustrato epitaxial

Implantación iónica

DISPOSITIVOS SEMICONDUCTORES BIPOLARES. LA UNIÓN PN CAPACITANCIA DE LA REGIÓN DE VACIAMIENTO Diagrama de banda de energía

DISPOSITIVOS SEMICONDUCTORES BIPOLARES. LA UNIÓN PN CAPACITANCIA DE LA REGIÓN DE VACIAMIENTO 3ε (104V/cm)

MODELO SIMPLIFICADO

Distribución de campo eléctrico

Distribución de carga espacial.

DISPOSITIVOS SEMICONDUCTORES BIPOLARES. LA UNIÓN PN CAPACITANCIA DE DIFUSIÓN

Conductancia y capacidad de difusión normada en función de ωτ. Se ha agregado el circuito equivalente de la unión pn para polarización directa.

SEMICONDUCTORES BIPOLARES. RESPUESTA TRANSISTORIA Y RUIDO 

Está relacionado con las fluctuaciones espontáneas durante la circulación de la corriente o de las caídas de tensiones en barreras semiconductoras en materiales o dispositivos.

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Dado que los dispositivos especialmente se usan para medir pequeñas cantidades físicas o para amplificar pequeñas señales, las fluctuaciones de las corrientes y de las tensiones se convierten en un límite de la exactitud de las respectivas cantidades a ser medidas o amplificadas.

Ruido térmico

Promedio cuadrado de la corriente de ruido Shot

Ruido 1/ F

SEMICONDUCTORES BIPOLARES. RESPUESTA TRANSISTORIA Y RUIDO 

Es importante conocer los factores que producen este límite para optimizar las condiciones de funcionamiento con este conocimiento y encontrar nuevos métodos y nuevas tecnologías para reducir el ruido.

Ecuación Shockley

condición de polar. directa

TO BE CONTINUED