Diodos Semiconductores. ITESM Campus Monterrey, Departamento de Ing. Eléctrica. Diodo Ideal + - V AK

Transcripción

1 odos Semconductores A odo Ideal + - K Id V AK p n 1

2 Introducng. p n odo Ideal Cuando se combnan materales tpo n y tpo p, exste una dstrbucón de carga, algunos de los electrones lbres en la estructura brncan a través de la junta pn y se recombnan con los huecos lbres del materal tpo p, smlarmente los huecos del materal tpo p, se combnan con los electrones del materal tpo n Se forma una regón llamada de Agotamento, este térmno es debdo a que la regón cerca de la junta pn se encuentra agotada de transportadores de carga (huecos y electrones) 2

3 Semconductor a Temperatura Ambente En realdad, la regón de agotamento es demasado pequeña en comparacón con las dmensones de las regones p y n, aquí se exageró su tamaño solo para propóstos demostratvos Polarzacón recta Forward Bas p n Vdc El dodo se comporta como un conductor 3

4 Polarzacón Inversa Reverse Bas p Regón de agotamento { n El dodo se comporta como un aslante Junta pn sn voltaje I I S p n Regón de Agotamento 4

5 Polarzacón drecta I I S p n Regón de Agotamento +V- I I S I Polarzacón nversa I I S p n Regón de Agotamento -V+ 5

6 Barrera potencal ntrínseca V b kt q NaNd NaN ln V ln 2 T n n d 2 kes la constante de Boltzmann Ttemperatura absoluta NaConcentracón de aceptadores NdConcentracón de donadores VTVoltaje térmco Corrente Inversa Reverse Current Cuando recén se conecta el dodo nversamente, el flujo es transconal y se establece durante un pequeñísmo nstante de tempo La regón de agotamento crece, la dsponbldad de portadores mayortaros decrece El campo eléctrco entre los ones postvos y negatvos se hace más fuerte hasta que el potencal en la zona de agotamento guala el voltaje de polarzacón La corrente de transcón cesa cas en su totaldad, solo permanece una pequeña corrente crculando en sentdo nverso Esta corrente por lo general se gnora para cálculos práctcos 6

7 Capactanca de la junta en polarzacón nversa V C j C jo 1 + V R b C jo es la capactanca de la junta cuando se le aplca un voltaje0 Regón de Avalancha Reverse Breakdown Normalmente la corrente nversa es muy pequeña, sn embargo s el voltaje nverso aplcado es muy grande hasta llegar al valor de Voltaje de Ruptura (Breakdown Voltage) la corrente en sentdo nverso se ncrementará dramátcamente El voltaje nverso cuando es muy alto, mparte energía a los portadores mnortaros lbres de manera que se aceleran a través de la regón p colsonando con átomos con sufcente energía como para sacar electrones de valenca fuera de órbta mandándolos a la banda de conduccón 7

8 S un electrón colsona con dos electrones de valenca, los números se multplcan rápdamente Como los electrones tenen mucha energía, cruzan la regón de agotamento y la regón n en vez de combnarse con los huecos. La multplcacón de electrones de conduccón se conoce como avalancha Curva Característca odo Ideal I + I F v - v R v F I R 8

9 Crcutos Equvalentes I v odo Ideal R Lmt Modelo deal del dodo R Lmt R Lmt 0 Polarzacón recta Polarzacón Inversa 9

10 Modelo práctco I V γ v γ v Modelo práctco Vg R Lmt R Lmt 0 Polarzacón recta Polarzacón Inversa 10

11 Modelo Completo I R d V γ R d V γ v Modelo completo Rr Vg Rd R Lmt R Lmt 0 Polarzacón recta Polarzacón Inversa 11

12 Relacón entre la corrente y el voltaje del odo Ecuacón de Shockley o e qv nkt 1 onde: Corrente en el dodo (amperes) v dferenca de potencal a través del dodo(volts) IoCorrente Inversa de Saturacón q Carga del Electrón, 1.6x10-19 J/V kconstante de Boltzmann, 1.31x10-23 TTemperatura Absoluta (Kelvns) n Constante empírca entre 1 y 2 I Esta expresón aplca mentras no se exceda al voltaje de ruptura La corrente Inversa de Saturacón I O es una funcón del dopado, la geometría del dodo y la temperatura La constante empírca n, puede varar de acuerdo a los nveles de voltaje y corrente, y depende del arrastre, dfusón y la recombnacón de portadores S n1, el valor de nv T 26mV S n2, el valor de nv T 52mV 12

13 13 mv q kt V T 26 efnendo: Entonces: 1 T nv v o e I Operando a Temperatura Ambente T nv v o e I

14 Relacón Voltaje-Corrente en el odo I I o e v nvt I o e v nvt 1 v γ v d dv v nv IO[ e nv T T ] v nv d dv Elmnando la Funcón exponencal e T I O + I nv nvt rd + I + 1 Substtuyendo en la pendente Fnalmente: T O O nv T 14

15 Resstenca námca rd nvt + I O nv T Operacón del odo I Voltaje de Rup tura Regón de polarzacón nversa Regón de polarzacón drecta Corrente de Fuga 0.7 v Regón de Avalancha 15

16 Operacón del dodo Conforme se trata de exceder 0.7V, la corrente se ncrementa rápdamente El voltaje mínmo para obtener una corrente notable es 0.7V (dodos de slco), y 0.3 (dodos de germano) Corrente de fuga: Corrente pequeña, que crcula cuando el dodo se polarza nversamente Voltaje de Ruptura: Límte de voltaje nverso que soporta el dodo, s se excede este voltaje, el dodo entra en la regón de avalancha y puede destrurse Efectos de temperatura 16

17 Capactanca ntrínseca Modelo del odo en ac (Polarzacón drecta) C Cj I rd C J : Capactanca debdo a la junta pn C : Capactanca de dfusón A bajas frecuencas los efectos capactvos son relatvamente pequeños Efecto de la capactanca 17