INSTITUTO TECNOLÓGICO DE SALTILLO

FISICA IV

ING.CHRISTIAN ALDACO

UNION P,N

EQUIPO 1

UNIDAD 2 . UNION P.N 2.1 Semiconductores P y

Semiconductores N 2.2 Unión P,N en estado de

equilibrio 2.2.1 Potencial de Contacto 2.2.2 Campo Eléctrico

Semiconductores P y N Un Semiconductor tipo P se obtiene

llevando a cabo un proceso de dopado, añadiendo un cierto tipo de compuesto, normalmente trivalente, es decir con 3 electrones en la capa de valencia, al semiconductor para poder aumentar el número de portadores de carga libres (en este caso positivos, huecos).

Cuando el material dopante es añadido, éste libera los electrones más débilmente vinculados de los átomos del semiconductor. Este agente dopante es también conocido como material aceptador. El propósito del dopaje tipo P es el de crear abundancia de huecos. En el caso del silicio, una impureza trivalente deja un enalace covalente incompleto, haciendo que, por difusión, uno de los átomos vecinos le ceda un electrón completando así sus cuatro enlaces. Así los dopantes crean los “huecos”. Cada hueco está asociado con un ion cercano cargado negativamente, por lo que el semiconductor se mantiene eléctricamente neutro en general.

Semiconductor tipo N SEMICONDUCTOR TIPO N Un Semiconductor

tipo N se obtiene llevando a cabo un proceso de dopado añadiendo un cierto tipo de compuesto, normalmente pentavalente, es decir con 5 electrones en la capa de valencia, al semiconductor para poder aumentar el número de portadores de carga libres (en este caso, negativos, electrones libres). Cuando el material dopante es añadido, éste aporta sus electrones más débilmente vinculados a los átomos del semiconductor.

Este tipo de agente dopante es también conocido como material donanador ya que cede uno de sus electrones al semiconductor. El propósito del dopaje tipo N es el de producir abundancia de electrones libres en el material. Para ayudar a entender como se produce el dopaje tipo N considérese el caso del silicio (Si).

LA UNIÓN P-NUna unión p-n consiste en un semiconductor con una región de tipo p (exceso de huecos)

y otra de tipo n (exceso de electrones) separadas por una región relativamente

delgada de transición de un tipo a otro y que puede tener de 10-6 a 10-4 cm. de espesor

según sea el método de obtención de la unión.

La 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.

En este caso las corrientes de electrones y huecos deben anularse en cada punto del semiconductor y, desde un punto de

vista termodinámico.

LA UNIÓN P-NLa unión P-N en equilibrio.

Semiconductor tipo P Semiconductor tipo N

La unión P-N

La unión P-N en equilibrio.

Al unir un semiconductor tipo P con uno tipo N aparece una zona de carga espacial denominada “zona de transición”. Que actúa como una barrera para el paso de los portadores mayoritarios de cada zona.

Zona de transición.

Semiconductor tipo NSemiconductor tipo P

Campo Electrico ¿Qué es un campo eléctrico?Región del espacio donde se ponen de

manifiesto los fenómenos eléctricos. Se representa por E y es de naturaleza vectorial (véase Vector). En el Sistema Internacional de unidades el campo eléctrico se mide en newton/culombio (N/C).

Los efectos de contacto se basan en los procesos físicos que ocurren en el semiconductor por acción de un campo eléctrico originado en el contacto .Para en tender estos fenómenos hay que conocer las propiedades del semiconductor que se encuentra en un campo eléctrico externo.Para ello examinaremos las propiedades de un semiconductor electrónico del tipo n colocado en el campo eléctrico homogéneo de un condensador.

Semiconductor en un campo electrico homogeneo

Si un campo eléctrico externo en el semiconductor es igual a 0. en presencia de un campo eléctrico externo en el semiconductor se produce la redistribución de los portadores de carga, debido a lo cual en el aparece la carga volumétrica, y el campo eléctrico.

La variación de la distribución de la concentración de portadores de carga, que da lugar a la aparición de la carga volumétrica, ocurrirá en la región contigua a la superficie del semiconductor. Cuando la fuente de alimentación exterior esta conectada como se muestra en la figura, en la región adyacente a la superficie del semiconductor habrá una concentración elevada de electrones.

Y por lo tanto , surge una carga negativa de electrones.

La concentración excedentes de electrones , y por consiguiente , también la carga volumétrica disminuirá al aumentar la distancia de la superficie hacia la profundidad del semiconductor.la carga volumétrica negativa genera un campo eléctrico, cuya intensidad será máxima en la superficie del semiconductor.

El campo electrico altera la energia potencial del electron en una magnitud igual a U(r) = - ep (r) es el potencial del campo, por lo tanto, el campo electrico provoca la curvatura de la banda de energia del semiconductor de manera que,

Ec (r) == Ec --- U(r); Ev(r) == Ev --- U(r) ;

En este caso el desplazamiento lo sufren todos los niveles de energia, incluso el nivel de impurezas que se encuentra en la banda prohibida.

Puesto que el semiconductor se encuentra en estado de equilibrio termodinámico, la posición del nivel de fermi es constante, por eso la distancia entre el nivel de fermi y la posición de la banda de energía se altera. Si esta distancia fue sin campo : Ec-F y F-Ev

Con campo ella será: Ec-U( r)- F y F(Ev-U(r)) Comprobando las Ecs se deduce que , si la

distancia entre Ec y F disminuye hasta la magnitud U(r), entre F y Ev aumenta en la misma magnitud.