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TEMA 4 : Física de los dispositivos bipolares: el transistor y el tiristor.

TEMA 4 : Física de los dispositivos bipolares: el transistor y el tiristor.

TEMA 4: FÍSICA DE LOS DISPOSITIVOS BIPOLARES: EL
TRANSISTOR Y EL TIRISTOR.

TEMA 4: FÍSICA DE LOS DISPOSITIVOS BIPOLARES: EL
TRANSISTOR Y EL TIRISTOR.

Introducción.

Introducción.

4.1. La acción transistor.

Los dispositivosbipolares son dispositivos semiconductores que basan su proceso de
conducción mediante la participación de los dos tipos de portadores de carga (electrones
y huecos). Se diferencian de los dispositivos unipolares (que serán estudiados en el
Tema 5),en que estos últimos basan su proceso de conducción predominantemente en la
participación de un solo tipo de portador.
La palabra “transistor” es unacrónimo que procede del inglés (transfer resistor). El
transistor bipolar fue inventado en el año 1947 en los Bell Laboratories. Desde esa fecha
hasta la actualidad, el transistor ha sufrido cambios y continuas transformaciones, las
cuales han revolucionado la industria y el estilo de vida actual.

4.1.1. Modo de operación activo.
4.1.2. Ganancia en corriente.
4.2. Característicasestáticas de los transistores bipolares.
4.2.1. Distribución de portadores.
4.2.2. Expresión de las corrientes terminales: Modelo de EbersMoll.

4.1. La acción transistor.
Básicamente el transistor está formado por dos uniones p-n contrapuestas formando
dos posibles estructuras, la p-n-p y la n-p-n. Fig. 1a muestra la estructura tridimensional
real de cómo está constituido un transistor bipolar deltipo pnp.

Modos de operación.
4.3. Modificación de las características estáticas.
a) Región de base gradual.
b) Resistencia de base.
c) Modulación de la anchura de la base.
d) Corriente de saturación y tensión de ruptura.
e) Fenómenos de generación-recombinación y efectos
de alta inyección.
4.4. El modelo de Ebers-Moll.
4.5. El tiristor.
4.5.1. Características básicas.

Fig. 1: (a)Vista en perspectiva del transistor bipolar de silicio p-n-p. (b) Transistor
idealizado unidimensional.
Aparece en primer lugar un substrato de tipo P sobre el cual hay dispuesta una capa
de tipo N y, finalmente, sobre esta última región se dispone una capa de material p+. A
continuación hay aplicada una capa de óxido de silicio (SiO2) el cual actúa como
aislante, de forma que deja doshuecos o ventanas donde se disponen los contactos
metálicos de las regiones p+ y n. El contacto metálico para la región p (substrato) es por
debajo.
Un modelo unidimensional idealizado es el que aparece en Fig. 1b. La región p+
fuertemente dopada recibe el nombre de emisor, la región estrecha de tipo N recibe el
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nombre de base y la región débilmente dopada de tipo P se denomina colector. Se va a
suponer que la concentración de sustancias dopantes es uniforme en todas las regiones.
En Fig. 1b elmodo de operación representado es el modo activo en el cual la unión
emisor-base está directamente polarizada y la unión base-colector está inversamente
polarizada. Las corrientes que se indican son las pertenecientes a este modo de
operación. De acuerdo con la Ley de Kirchhoff aplicada a este dispositivo de tres
terminales, basta con conocer dos de las corrientes para saber la tercera.
Si setratase del caso del transistor npn, las polarizaciones y sentidos de las corrientes
en este modo de operación serían inversas. Se discutirá el modo de operación del
transistor tomando como base el de tipo pnp pues es el que proporciona una visión más
intuitiva del proceso de conducción y del flujo de los portadores de carga.
En Fig. 2a y 2b se muestran los símbolos eléctricos del transistor...