Semiconductores

Uniones entre semiconductores de distinta naturaleza. Zona de transición y potencial de contacto.
Cuando se introducen en uno de los extremos de un semiconductor impurezas de tipo P y en el otro impurezas de tipo N, de forma que una zona del cristal pueda considerarse aceptadora y otra donadora, se forma una unión PN. Se tendrá igualmente una unión PN cuando unamos mediante aleación dossemiconductores de tipo P y N.
El razonamiento empleado para explicar el concepto de potencial de equilibrio también sirve en este caso. La diferencia de concentraciones a uno y a otro lado de la unión provoca el efecto de difusión y como consecuencia se forma progresivamente un campo eléctrico en las cercanías de la unión que se opone al efecto de difusión. Con el tiempo, campo eléctrico y difusión seequilibran resultando en las proximidades de la unión , una zona llamada “zona de transición” y un potencial de equilibrio llamado “potencial de reposo”.Veamos todo esto de una forma mas detallada.
Consideremos una unión PN en el instante justo en que se han unido los semiconductores P y N sin que se haya producido todavía el efecto de difusión.
Suponiendo que a temperatura ambiente todos losátomos de impureza están ionizados, hemos representado los iones de la zona P como negativos, cuya carga está compensada por un hueco y los de la zona N como positivos con su carga compensada por un electrón.
Los atomos ionizados estarán estadísticamente fijos en la red cristalina, mientras que los electrones y huecos serán fácilmente desplazables.
Debido a la gran diferencia de concentración deportadores del mismo tipo entre una y otra zona , se producirá el efecto de difusión, pasando los electrones de la zona N a la P y los huecos de la zona P a la N.
El traslado de huecos de la zona P a la N dejará en aquella átomos ionizados negativamente, esto es, sin compensar, de la misma forma, el traslado de electrones de la zona N a la P dejará en la primera atomos ionizados positivamente.
Conello en la zona P se tendrá un exceso de cargas negativas y en la N de cargas positivas formándose un campo electrico en las inmediaciones de la unión que se opone al efecto de difusión. Puesto que el exceso de cargas negativas en la zona P dificultará progresivamente el traslado de huecos a la N y análogamente el exceso de cargas positivas en la zona N hará cada vez mas difícil el paso deelectrones a la P.
Los atomos ionizados mas cercanos a la unión tanto de una zona como de otra serán los primeros en quedar desprovistos de sus portadores. Esto da lugar en las cercanias de la unión a una zona llamada Zona de transición en la que solo existen atomos ionizados y no portadores de carga.
Cuando se alcanza el equilibrio, los efectos de campo y difusión se ajustan entre si para que lacorriente neta a través de la union sea nula.
Como consecuencia de la aparición del campo electrico interno en el semiconductor, se establece una diferencia de potencial entre los dos extremos de la zona de transición que se denomina potencial de reposo y suele ser de unas decimas de voltio. En el caso particular que la unión PN se haya formado por aleación, el potencial de reposo se denomina tambiénpotencial de contacto. En cuanto a la zona de transición su anchura es del orden de la longitud de onda de la luz visible (0,5 micras).
Esta zona supone una barrera contra la fluencia de huecos de la zona P a la N, por lo que solo pasarán aquellos cuya energía sea mayor que la representada por la altura de la curva de potencial.
De igual manera supone una barrera para los electrones mayoritariosde la zona N puesto que, siendo su carga de signo negativo se verán repelidos por un potencial menor.
Por otra parte el paso de los portadores minoritarios de ambas zonas a traves de la unión se ve facilitado por el efecto de campo electrico. Con todo ello tenemos cuatro componentes de intensidad que atraviesan la union :
-Ifp: corriente de huecos mayoritarias de la zona P con suficiente...