Varios

TEMA 4. DISPOSITIVOS SEMICONDUCTORES 1. Introducción. 2. El diodo semiconductor: unión p-n no polarizada, potencial de contacto. 3. Unión p-n polarizada, ecuación de Schockley. 4. El transistor bipolar (BJT): configuración en base común y configuración en emisor común; 5. El transistor como amplificador y conmutador. 6. Transistores de efecto de campo (FET).

1. INTRODUCCIÓN La difusión deportadores es un fenómeno típico de los semiconductores. Mediante la adición de impurezas aceptoras o donadoras se crean fácilmente gradientes de concentración de electrones, o de huecos, que originan flujos de difusión de portadores mayoritarios con densidades de corriente. Jp = - qDp dp/dx Jn = qDn dn/dx

Estos flujos son el fundamento de los procesos que ocurren en los diodos de unión. También esel fundamento de los transistores de unión bipolar, BJT. Por último se estudiara el transistor de efecto de campo, FET, que es un dispositivo controlado por una tensión, a diferencia del BJT que está controlado por una corriente. En todos ellos existen uniones PN (o NP).

2. UNION P-N NO POLARIZADA 2.1. Generalidades Se obtiene una unión cuando un monocristal semiconductor (Si, Ge, AsGa,...) sedopa sucesivamente con impurezas aceptoras y donadoras, de forma que se tengan dos zonas yuxtapuestas, P y N, de semiconductores extrínsecos tipo-p y tipo-n respectivamente. Entre ellas, en la interfase, aparece una tercera zona llamada de transición, de deplexión, de carga espacial o de vaciamiento, que es de pequeñísimo espesor, del orden del µm. Es en la zona de transición donde tienen lugarlos procesos fundamentales, de rectificación, absorción y emisión de luz, etc., que ocurren en las diversas clases de dispositivos de unión. Las zonas P y N son neutras, el número de huecos (o de electrones) móviles mayoritarios en la BV (o en la BC) es igual al número de aniones de impureza aceptora (o dona1

TEMA 4. DISPOSITIVOS SEMICONDUCTORES dora) fijas en la red. Despreciando losminoritarios, a T = 300 K, las concentraciones de portadores mayoritarios, huecos en la zona P de valor pp y electrones en la zona N de valor nn son: pp ≅ Na nn ≅ Nd

En la zona de transición confluye el flujo de electrones, mayoritarios en la zona N, que por difusión se inyectan en la zona P y análogamente, los huecos de la zona P se inyectan en la zona N. La zona de transición prácticamente no contieneportadores, está vacía de electrones y huecos de conducción, las cargas de los iones de impurezas no se compensan con la carga opuesta de sus correspondientes portadores. Se forma una distribución dipolar de carga: negativa, de aniones aceptores, junto a la zona P y otra de carga positiva, de cationes donadores, junto a la zona N. Por tanto, la zona de transición queda subdividida en dos subzonascon cargas negativa y positiva respectivamente. Como consecuencia de esta distribución dipolar aparece un campo electrostático interno, Ei, dirigido de la zona N a la zona P, que genera tres efectos interrelacionados: 1º) Ei en la zona de transición crea una diferencia de potencial, Vo, de contacto entre las zonas neutras, zona P y zona N, y con ello se establece una barrera energéticaequivalente al producto de la carga del portador por la diferencia de potencial, esto es, eVo, que se opone a los dos flujos de difusión de electrones y de huecos.

2º) Los electrones y huecos minoritarios en las zonas P y N respectivamente, de concentraciones np y pn, que no tienen posibilidad de difundirse y están en las cercanías, o dentro de la zona de transición, son arrastrados por Ei originandosendas corrientes de arrastre, Isn e Isp, de sentido opuesto a las corrientes de difusión Idn e Idp. Las corrientes inversas de saturación Isn e Isp, tienen una magnitud del µA, son cuasi independientes de Vo y dependen de la temperatura que regula las concentraciones de minoritarios pn y np.

2

TEMA 4. DISPOSITIVOS SEMICONDUCTORES 3º) En el equilibrio térmico ambas corrientes, de difusión y...