Contactos semiconductor - semiconductor

Transcripción

1 Contactos semiconductor semiconductor Lección 02.2 Ing. Jorge CastroGodínez EL2207 Elementos Activos Escuela de Ingeniería Electrónica Instituto Tecnológico de Costa Rica I Semestre 2014 Jorge CastroGodínez Contactos semiconductor semiconductor 1 / 18

2 Contenido La unión PN 1 La unión PN 2 Directa Inversa Jorge CastroGodínez Contactos semiconductor semiconductor 2 / 18

3 Unión pn La unión PN (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 CastroGodínez Contactos semiconductor semiconductor 3 / 18

4 Unión pn La unión PN (2) Semiconductor tipo p y n separados. Jorge CastroGodínez Contactos semiconductor semiconductor 4 / 18

5 Unión pn La unión PN (3) P N Mayoritarios: huecos Minoritarios: electrones Unión metalúrgica Mayoritarios: electrones Minoritarios: huecos Jorge CastroGodínez Contactos semiconductor semiconductor 5 / 18

6 Unión pn La unión PN (4) Qué sucede cuando se forma la juntura? A nivel de portadores de carga. A nivel de bandas de energía. 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 N A N A h Ionización de donadores N D N D e Jorge CastroGodínez Contactos semiconductor semiconductor 6 / 18

7 Zona de carga espacial Campo eléctrico E J dif,p J dif,n P N J drift,p Donador ionizado J drift,n Aceptor ionizado Jorge CastroGodínez Contactos semiconductor semiconductor 7 / 18

8 Modelo de bandas de energía (1) Contacto semiconductorsemiconductor. Jorge CastroGodínez Contactos semiconductor semiconductor 8 / 18

9 Modelo de bandas de energía (2) P N E C P N e q V bi E Fi (E F E Fi ) P E C E F E F E V h q Vbi (E F E Fi ) N E Fi V E V Jorge CastroGodínez Contactos semiconductor semiconductor 9 / 18

10 (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. o zona de carga espacial. Al igual que en los contactos metalsemiconductor, se genera un campo eléctrico en la juntura. Jorge CastroGodínez Contactos semiconductor semiconductor 10 / 18

11 (2) El campo eléctrico ocaciona corrientes de arrastre que se oponen, en dirección, a las corrientes de difusión. [ ] J p = q pµ pe dp Dp = 0 dx [ ] J n = q nµ ne dn Dn = 0 dx La corriente neta es 0 (cero). A este punto los niveles de Fermin, para ambos materiales, se encuentran alineados. Jorge CastroGodínez Contactos semiconductor semiconductor 11 / 18

12 Potencial de contacto La unión PN Existe un potencial de contacto V bi. Esta caída de tensión se debe al campo eléctrico presente en la unión. ( ) NA N D V bi = V t ln n 2 i Jorge CastroGodínez Contactos semiconductor semiconductor 12 / 18

13 Directa Inversa Unión pn en polarización directa Polarización directa. Jorge CastroGodínez Contactos semiconductor semiconductor 13 / 18

14 Directa Inversa Unión pn en polarización inversa Polarización inversa. Jorge CastroGodínez Contactos semiconductor semiconductor 14 / 18

15 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 CastroGodínez Contactos semiconductor semiconductor 15 / 18

16 Unión pn La unión PN Directa Inversa (5) Jorge CastroGodínez Contactos semiconductor semiconductor 16 / 18

17 Unión pn La unión PN Directa Inversa (6) Jorge CastroGodínez Contactos semiconductor semiconductor 17 / 18

18 Referencias Bibliográficas I Directa Inversa J. M. Albella et al. Fundamentos de microelectrónica, nanoelectrónica y fotónica. Pearson, 1era edición, R. Pierret. Semiconductor Device Fundamentals AdissonWesley, Jorge CastroGodínez Contactos semiconductor semiconductor 18 / 18