UNIÓN p-n EN EQUILIBRIO

UNIÓN p-n EN EQUILIBRIO

Una unión p-n se encuentra en equilibrio termodinámico cuando se encuentra a una temperatura uniforme y no actúan sobre ella factores externos que aporten energía.

Eneste caso las corrientes de electrones y huecos deben anularse en cada punto del semiconductor y, desde un punto de vista termodinámico, el nivel de Fermi ha de ser el mismo para ambos tipos deportadores. Con ello tendremos:



Antes de producirse el equilibrio y desde el instante del contacto, existen unas corrientes de difusión producidas por la variación del gradiente de portadores a cadalado de la unión.

Este desplazamiento de portadores alrededor de la unión metalúrgica hace que aparezca en dicha zona, llamada zona de transición o de carga espacial, una densidad de carga eléctricadebida a las impurezas ionizadas inmóviles, negativa en la región P y positiva en la región N, que origina un campo eléctrico en la zona de transición y cuya dirección se opone al movimiento pordifusión de los portadores móviles. De ese modo se llega al equilibrio cuando el valor de este campo eléctrico que actúa sobre los portadores móviles compensa el efecto debido a la difusión.

Lapresencia de este campo eléctrico en la zona de transición conllevará la aparición de una diferencia de potencial electrostático entre las regiones P y N, que recibe el nombre de potencial de contacto de launión y cuyo valor, en equilibrio, permite que el nivel de Fermi sea constante a través de la unión.

Las ecuaciones básicas para un estudio cuantitativo de una unión P-N en equilibrio son:


Yteniendo en cuenta las densidades de portadores:



Donde hemos tomado el origen de potenciales en el potencial Ø correspondiente al nivel de Fermi.
Conocida la distribución de impurezas, N = ND –NA, la integración de esta ecuación, junto con la condición de neutralidad eléctrica para la unión, nos permite obtener todos los parámetros necesarios para resolver el problema.

En el caso de...