SEMICONDUCTORES. Silicio intrínseco

Transcripción

1 Tema 3: El Diodo 0

2 SEMICONDUCTORES Silicio intrínseco 1

3 SEMICONDUCTORES Conducción por Huecos A medida que los electrones se desplazan a la izquierda para llenar un hueco, el hueco se desplaza a la derecha. 2

4 SEMICONDUCTORES Material semiconductor de tipo n Material semiconductor de tipo p n p N D p n N A El silicio de tipo n se crea añadiendo átomos con impurezas de valencia cinco. (Fósforo) El silicio de tipo p se crea añadiendo átomos de impureza con valencia tres. (Boro) 3

5 SEMICONDUCTORES Material semiconductor de tipo n Portadores mayoritarios Electrones Portadores minoritarios Huecos Material semiconductor de tipo p Portadores mayoritarios Huecos Portadores minoritarios Electrones Ley de acción de masas: Si aumenta la concentración de electrones (dopado) la concentración de huecos disminuye a la vez, ya que es más probable la recombinación. Para una temperatura dada: np n i p i np n Deriva: es el movimiento medio de los portadores de carga debido a un campo eléctrico 2 i V n n V p p Difusión: es la corriente de portadores que tiende a dispersar una concentración mayor de lo normal de electrones o huecos. 4

6 SEMICONDUCTORES LA UNIÓN PN NO POLARIZADA Unión pn juntando un cristal de tipo n y un cristal de tipo p 5

7 SEMICONDUCTORES LA UNIÓN PN POLARIZADA EN INVERSA LA UNIÓN PN POLARIZADA EN DIRECTA El modelo matemático más utilizado es el de Shockley (en honor de William Bradford Shockley) que permite aproximar el comportamiento del diodo en la mayoría de las aplicaciones. I s : Corriente de saturación, A n: Coeficiente de emisión,1 a 2. ECUACIÓN DE SHOCKLEY V T : Tensión térmica. T: Temperatura (K). V T k: Cte de Boltzmann, J/K. q: Carga del electrón, C kt q 6

8 EL DIODO El diodo es el dispositivo semiconductor básico. Posee dos terminales: el ánodo y el cátodo. Ánodo (A) p n Cátodo (K) Símbolo 7

9 EL DIODO (CURVA CARACTERÍSTICA TENSIÓN-CORRIENTE) EL MODELO DEL DIODO REAL 1 i [ma] Ge Si V [Volt.] I D I S e VD q K T EL MODELO DEL DIODO IDEAL I D = Corriente diodo I S = Corriente Saturación Inversa K = Cte. Boltzmann V D = Tensión diodo q = carga del electrón T = temperatura (ºK) 8

10 EL DIODO (DIODOS DE PEQUEÑA SEÑAL) 9

11 EL DIODO (ESCALAS DE INTENSIDADES) Curva característica tensión-corriente para un diodo típico de silicio de pequeña señal a una temperatura de 300º K. 10

12 EL DIODO (RECTA DE CARGA) Circuito para el análisis de la línea de carga. Análisis de la recta de carga 11

13 EL DIODO (EL DIODO ZENER) Característica Real Símbolo del Zener Característica Ideal 12

14 EL DIODO (RESISTENCIA DINÁMICA) t t 13

15 Tipos de Diodos 14

16 Tipos de Diodos Diodo LED (Light Emiter Diode) El semiconductor es un compuesto III-V (p.e. GaAs). Con la unión PN polarizada directamente emiten fotones (luz) de una cierta longitud de onda. (p.e. Luz roja) A K 15

17 Tipos de Diodos Fotodiodo (Photodiode) i 0 V i opt Los diodos basados en compuestos III-V, presentan una corriente de fugas proporcional a la luz incidente (siendo sensibles a una determinada longitud de onda). Estos fotodiodos se usan en el tercer cuadrante. Siendo su aplicaciones principales: Sensores de luz (fotómetros) Comunicaciones El modelo puede ser una fuente de corriente dependiente de la luz o de la temperatura según el caso. i I = f(t) T 1 T 2 >T 1 0 V 16

18 Tipos de Diodos Diodo Schottky (Schottky diode) El efecto Schottky fue predicho teóricamente en 1938 por Walter H. Schotty. El efecto se produce por la unión de Metal-semiconductor n. La zona n debe estar poco dopada. Dispositivos muy rápidos (capacidades asociadas muy bajas). Corriente de fugas significativamente mayor. Menores tensiones de ruptura. Caídas directas mas bajas (tensión de codo 0.2 V). Aplicaciones en Electrónica Digital y en Electrónica de Potencia. 17

19 Aplicaciones del Diodo 18

20 RECORTADORES DE TENSIÓN Formas de onda: Entrada - Salida Curva característica de transferencia 19

21 LIMITADORES DE TENSIÓN Onda de Salida 20