Análisis de una juntura con simulador Poisson

Trabajo Práctico N° 4

Análisis de una juntura a partir del simulador Poisson

1. Descripción del uso del simulador
El simulador consiste en una interfaz gráfica que muestra constantemente la distribución
espacial de la densidad de cargas y de portadores en el dispositivo a analizar y los
niveles de energía de las bandas de valencia, conducción, niveles de impurezas donantes
y aceptantesy el nivel de Fermi del mismo, también en función del espacio simplificado
a una dimensión. Toda esta información gráfica se puede mostrar en dos formas que
puede ser seleccionada por el usuario y consiste en mostrar la solución exacta o una
aproximación de la misma, en nuestro caso se utilizan ambas según sea conveniente.
Otra herramienta que resulta de gran utilidad es la de modificar lasescalas a voluntad y
hacer zoom sobre las zonas criticas de las gráficas, esta herramienta en nuestro caso es
de suma utilidad para observar los detalles mas cuantitativos ya que por la juntura del
diodo a diseñar, de tipo abrupto, la zona de carga espacial de la zona mas dopada es tan
pequeña que no se alcanza a ver con claridad. Para usos mas generales el simulador
cuenta con un ajuste deescala automático para ver la juntura en su totalidad.
El simulador cuenta con la posibilidad de analizar una juntura p-n o un diodo MIS. En
nuestro caso se seleccionó el análisis de una juntura p-n.
Además de esto el simulador cuenta con la posibilidad de controlar algunos parámetros
de la juntura a analizar, estos son:
-Concentración de impurezas aceptantes en la zona p (Na)
-Concentraciónde impurezas donantes en la zona n (Nd)
-Ancho de la zona prohibida (EGap)
-Voltaje aplicado en los bornes del diodo (VApplied)
El simulador aparte de las gráficas devuelve el valor de la carga de la zona de deserción,
valor que usaremos posteriormente para el cálculo de la capacidad de transición.
Existen otros controles mas avanzados, como el menú configure pero prescindiremos de
ellos parala resolución de este problema, lo único que utilizaremos de este menú pero
sin modificarlo, es la constante dieléctrica del semiconductor que en el simulador tiene
un valor por defecto de 12, esto teniendo en cuenta la permitividad eléctrica del vacío
nos permite calcular la permitividad eléctrica del semiconductor.
2. Observación de algunas características de la juntura
A continuación sehacen algunas observaciones sobre el comportamiento de una
juntura p-n, entre ellas se observa la respuesta del simulador con respecto a los niveles
de energía, densidades de carga y ancho de la zona de transición ante modificaciones en
los dopajes, ancho de la banda prohibida o polarización externa. En principio los
análisis se hacen separadamente pero estos fenómenos están íntimamenterelacionados
por lo que algunas cuestiones no se terminan de resolver en un análisis inicial de un
fenómeno pero luego se completa durante el análisis de otro fenómeno por lo que a
pesar de su presentación en partes es un análisis general de la juntura y todos los ítems
terminan tocando temas concernientes a otro.

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Interrelación de las bandas de energía
Se observa que sin polarización lasbandas de energía asumen valores mas altos
en la zona dopada p con respecto a la zona dopada n, es decir, tanto el extremo
inferior de la banda de conducción como el superior de la banda de valencia de
la zona p asume un valor mas alto que los de la zona n. Esto es lógico ya que
estos niveles de energía recién mencionados, representan la energía potencial de
los electrones y de los huecosrespectivamente, creciendo esta ultima en el
sentido contrario al que lo hace la energía potencial de los electrones. Entonces,
podemos reformular la observación anterior diciendo que la energía potencial de
los electrones es mas alta en la zona p que en la n y que la energía potencial de
los huecos en la zona n es mas elevada que en la zona p. Entonces esta
diferencia de energías es la que...