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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
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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).
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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.
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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.
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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).
Una 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 104 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-N en equilibrio.
Semiconductor tipo P
Semiconductor tipo N
La unión P-N
La unión P-N en
equilibrio.
Semiconductor tipo P
Zona de transición.
Semiconductor tipo N
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.
¿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).
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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
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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.
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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.
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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.
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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.