Cmos
Páginas: 8 (1821 palabras)
Publicado: 6 de diciembre de 2014
04/10/2014
DIODO
Definición:
•
•
•
Dispositivo Semiconductor
Dos terminales
Permite la Circulación de corriente ( I ) en un solo sentido
Símbolo y convenciones V - I:
+ VF
- VR +
-
IR
IF
Relación V – I (Modelo Diodo Ideal)
I = Is [ exp (VD/UT) – 1]
+
VD
I
-
Is
Fabricación
UT = k T / q
1
04/10/2014
I = Is [ exp (VD/UT) – 1]
•
•
•
•Dos diodos se diferencian entre si a través del valor de Is
Is refleja el proceso de fabricación (material, concentraciones,
dimensiones)
Is depende de la temperatura.
La Vϒ (Tensión umbral) se define como la tensión que produce el 1% del
valor de corriente máxima que puede conducir el Diodo
IM
1% IM
Limitaciones del modelo del Diodo Semiconductor
- Resistencia serie ( Rs )
-Generación en Zona de Depleción
- Máxima Tensión Inversa (VBR)
- Recombinación en Zona de Depleción
- Capacidad de Juntura ( Cj )
- Máxima Temperatura de Juntura (TjM)
- Capacidad de difusión ( CD )
- Máxima Corriente Directa ( IFM )
RR
ID = Is [ exp (VD/UT) – 1]
CD
CJ
Rs
VBR
RZ
2
04/10/2014
Generación en Zona
de Deplexion
Corriente inversa
mayor que IsTendencia a la
Generación
Con polarización inversa en ZD
el producto p x n < ni2
𝐸
𝑃
𝑛𝑝0
_
_
_
_
_
_
_ _
_ _
_ _
+ + + + +
+ + + + +
+ + + + +
_
_
_ _
+ + + + +
_
_
_ _
+ + + + +
−𝑥𝑝𝑅
𝑊𝑃
𝑁
𝑝𝑛0
𝑥
𝑥𝑛𝑅
0
𝑊𝑁
𝑉𝑅
La corriente inversa medida es mayor que Is
MAXIMA TENSION INVERSA
𝐸
𝑃
𝑛𝑝0
𝑊𝑃
_
_
_
_
_
__ _
_ _
_ _
+ + + + +
+ + + + +
+ + + + +
_
_
_ _
+ + + + +
_
_
_ _
+ + + + +
−𝑥𝑝𝑅
0
𝑁
𝑝𝑛0
𝑥
𝑥𝑛𝑅
𝑊𝑁
𝑉𝑅
•
Los portadores minoritarios que atraviesan la Zona de deplexion son acelerados
por el campo.
•
Al atravesar la ZD los portadores chocan con los átomos, en estos choques, si
los portadores tienen la energía cinética suficiente,pueden liberar electrones
de la ligaduras covalentes de los átomos. Estos electrones son nuevos
portadores
El proceso de generación de portadores por choque en la ZD se llama
“Avalancha” y se produce cuando el campo (𝐸𝑀𝐴𝑋 ) en la ZD alcanza el valor
necesario para que la energía cinética de los portadores produzca la liberación
de electrones de las ligaduras covalentes
•
3 04/10/2014
𝐸
𝑃
𝑛𝑝0
𝑊𝑃
_
_
_
_
_
_
_ _
_ _
_ _
_
_
_ _
+ + + + +
_
_
_ _
+ + + + +
−𝑥𝑝𝑅
+ + + + +
+ + + + +
+ + + + +
𝑁
𝑝𝑛0
𝑥
𝑥𝑛𝑅
0
𝑊𝑁
𝑉𝑅
𝐸𝑀𝐴𝑋 =
Campo eléctrico en x = 0
Valor del campo eléctrico para el que
comienza el proceso de “Avalancha”
Cuando →
𝐸𝑀𝐴𝑋 ≥ 𝐸𝐶𝑟𝑖𝑡𝑖𝑐𝑜
2𝑞𝑁𝐴 𝑁𝐷
𝜀 𝑁𝐴 + 𝑁𝐷
𝐸𝐶𝑟𝑖𝑡𝑖𝑐𝑜 =
1
2
𝑉𝑅 + 𝑉𝑗01
2
4 × 105
1
𝑁
1 − 𝑙𝑜𝑔
3
1016
→ Avalancha en la ZD
La tensión 𝑉𝑅 que hace que 𝐸𝑀𝐴𝑋 = 𝐸𝐶𝑟𝑖𝑡𝑖𝑐𝑜
Es 𝑉𝐵𝑅 → Máxima tensión de bloqueo inversa
• Al aumentar la temperatura disminuye λ (camino libre medio)
• Esta disminución de λ (camino libre medio) implica una
disminución de la energía cinética que adquieren los portadores
antes de chocar
• Para compensar esta disminución dela energía cinética debo
aumentar el campo que acelera los portadores
• Por tanto el aumento de temperatura hace necesario un campo
mayor para provocar la avalancha
Para AVALANCHA
𝑇 ↑ ⟹ 𝑉𝐵𝑅 ↑
• Ruptura Zener
4
04/10/2014
Recombinación en zona de deplexion
2
I = Is [ exp (VD/ UT) – 1]
Para Si
I
I
IEp(x)
IEn(x)
I
IDn(x)
IDp(x)
0
-xp
-W P
xnWN
VD
Inyección de Alto Nivel
Concentración
de portadores
P (NA)
N (ND)
nn0
pn(xn)
pp0
np(-xp)
np(x)
+
++
+++
_
__
___
np0
WP
-xp
pn(x)
pn0
xn
WN
VD
Cuando
np(-xp) pp0
o
pn (xn) nn0
Se produce la ruptura de la neutralidad eléctrica
El campo se opone al paso de los portadores
La corriente disminuye
I = Is [ exp...
DIODO
Definición:
•
•
•
Dispositivo Semiconductor
Dos terminales
Permite la Circulación de corriente ( I ) en un solo sentido
Símbolo y convenciones V - I:
+ VF
- VR +
-
IR
IF
Relación V – I (Modelo Diodo Ideal)
I = Is [ exp (VD/UT) – 1]
+
VD
I
-
Is
Fabricación
UT = k T / q
1
04/10/2014
I = Is [ exp (VD/UT) – 1]
•
•
•
•Dos diodos se diferencian entre si a través del valor de Is
Is refleja el proceso de fabricación (material, concentraciones,
dimensiones)
Is depende de la temperatura.
La Vϒ (Tensión umbral) se define como la tensión que produce el 1% del
valor de corriente máxima que puede conducir el Diodo
IM
1% IM
Limitaciones del modelo del Diodo Semiconductor
- Resistencia serie ( Rs )
-Generación en Zona de Depleción
- Máxima Tensión Inversa (VBR)
- Recombinación en Zona de Depleción
- Capacidad de Juntura ( Cj )
- Máxima Temperatura de Juntura (TjM)
- Capacidad de difusión ( CD )
- Máxima Corriente Directa ( IFM )
RR
ID = Is [ exp (VD/UT) – 1]
CD
CJ
Rs
VBR
RZ
2
04/10/2014
Generación en Zona
de Deplexion
Corriente inversa
mayor que IsTendencia a la
Generación
Con polarización inversa en ZD
el producto p x n < ni2
𝐸
𝑃
𝑛𝑝0
_
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+ + + + +
+ + + + +
+ + + + +
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+ + + + +
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−𝑥𝑝𝑅
𝑊𝑃
𝑁
𝑝𝑛0
𝑥
𝑥𝑛𝑅
0
𝑊𝑁
𝑉𝑅
La corriente inversa medida es mayor que Is
MAXIMA TENSION INVERSA
𝐸
𝑃
𝑛𝑝0
𝑊𝑃
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+ + + + +
+ + + + +
+ + + + +
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+ + + + +
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+ + + + +
−𝑥𝑝𝑅
0
𝑁
𝑝𝑛0
𝑥
𝑥𝑛𝑅
𝑊𝑁
𝑉𝑅
•
Los portadores minoritarios que atraviesan la Zona de deplexion son acelerados
por el campo.
•
Al atravesar la ZD los portadores chocan con los átomos, en estos choques, si
los portadores tienen la energía cinética suficiente,pueden liberar electrones
de la ligaduras covalentes de los átomos. Estos electrones son nuevos
portadores
El proceso de generación de portadores por choque en la ZD se llama
“Avalancha” y se produce cuando el campo (𝐸𝑀𝐴𝑋 ) en la ZD alcanza el valor
necesario para que la energía cinética de los portadores produzca la liberación
de electrones de las ligaduras covalentes
•
3 04/10/2014
𝐸
𝑃
𝑛𝑝0
𝑊𝑃
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−𝑥𝑝𝑅
+ + + + +
+ + + + +
+ + + + +
𝑁
𝑝𝑛0
𝑥
𝑥𝑛𝑅
0
𝑊𝑁
𝑉𝑅
𝐸𝑀𝐴𝑋 =
Campo eléctrico en x = 0
Valor del campo eléctrico para el que
comienza el proceso de “Avalancha”
Cuando →
𝐸𝑀𝐴𝑋 ≥ 𝐸𝐶𝑟𝑖𝑡𝑖𝑐𝑜
2𝑞𝑁𝐴 𝑁𝐷
𝜀 𝑁𝐴 + 𝑁𝐷
𝐸𝐶𝑟𝑖𝑡𝑖𝑐𝑜 =
1
2
𝑉𝑅 + 𝑉𝑗01
2
4 × 105
1
𝑁
1 − 𝑙𝑜𝑔
3
1016
→ Avalancha en la ZD
La tensión 𝑉𝑅 que hace que 𝐸𝑀𝐴𝑋 = 𝐸𝐶𝑟𝑖𝑡𝑖𝑐𝑜
Es 𝑉𝐵𝑅 → Máxima tensión de bloqueo inversa
• Al aumentar la temperatura disminuye λ (camino libre medio)
• Esta disminución de λ (camino libre medio) implica una
disminución de la energía cinética que adquieren los portadores
antes de chocar
• Para compensar esta disminución dela energía cinética debo
aumentar el campo que acelera los portadores
• Por tanto el aumento de temperatura hace necesario un campo
mayor para provocar la avalancha
Para AVALANCHA
𝑇 ↑ ⟹ 𝑉𝐵𝑅 ↑
• Ruptura Zener
4
04/10/2014
Recombinación en zona de deplexion
2
I = Is [ exp (VD/ UT) – 1]
Para Si
I
I
IEp(x)
IEn(x)
I
IDn(x)
IDp(x)
0
-xp
-W P
xnWN
VD
Inyección de Alto Nivel
Concentración
de portadores
P (NA)
N (ND)
nn0
pn(xn)
pp0
np(-xp)
np(x)
+
++
+++
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pn(x)
pn0
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Cuando
np(-xp) pp0
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pn (xn) nn0
Se produce la ruptura de la neutralidad eléctrica
El campo se opone al paso de los portadores
La corriente disminuye
I = Is [ exp...
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