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Física del estado sólido
Uniones en semiconductores
Polarización en la juntura
Cuando se aplica un campo externo (potencial) a través de las regiones n y p, el balance entre las corrientes
de deriva y difusión se elimina apareciendo un flujo de corriente. Este problema de polarización del diodo
p-n es bastante complicado para comprender, y por lo general se necesita un tratamiento numérico para
entender su comportamiento. Sin embargo, bajo simplificaciones tales como que el flujo de corriente no sea
demasiado grande, se hacen las siguientes suposiciones:
a. El diodo esta compuesto por las regiones p y n que se toman como “casi neutras” y la región de
agotamiento. La densidad de carga minoritaria, que es bastante pequeña comparada con la carga
mayoritaria, se inyecta dentro de las regiones casi neutras.
b. Las distribuciones de electrones y de huecos en la región de agotamiento se describen mediante la
distribución de MB, y el concepto de cuasinivel de Fermi es válido tanto para electrones como para
huecos. Como se muestra en la figura 1, los cuasiniveles de Fermi se extienden desde las regiones
casi neutras. Esta aproximación es válida si los niveles de corriente son pequeños.
c. A través de la región de agotamiento la densidad de portadores móviles es baja y, por lo tanto, el
potencial externo decae principalmente a lo largo de esta región.
En el modo de polarización directa, VD , el lado p se encuentra a un potencial positivo respecto al lado n. En
el caso de la polarización inversa, el proceso es contrario: el lado p se encuentra a un potencial negativo –VR
respecto al lado n. En la figura 1 las curvas de potencial tienen el perfil contrario a las bandas de energía.
En el caso de polarización directa, la diferencia de potencial tomando a VD como positivo está dada por
la ecuación (a):
VTD = Vbi - VD . (a)
En este caso el potencial a través de la juntura disminuye por VD ; por lo tanto, el ancho de la región de
agotamiento se reduce, lo cual se puede observar simplemente cambiando a Vbi por VTD en la ecuación (m)
del tema diodo de unión p-n (ver figura 1). Mientras que en el caso de polarización inversa, tomando a VR
como positivo, el potencial total está dado por la ecuación (b):
VTR = Vbi + VR . (b)
En este caso el potencial a través de la juntura aumenta por VR ; por consiguiente, el ancho de la región de
agotamiento se aumenta, lo cual se puede observar simplemente cambiando a Vbi por VTR en la ecuación (m)
del tema diodo de unión p-n (ver figura 1).
Resumiendo, se tiene que las ecuaciones para el campo eléctrico, potencial eléctrico y anchuras de
agotamiento cambian cuando se cambian en las ecuaciones respectivas del tema diodo de unión p-n las
ecuaciones (a) y (b).
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Física del estado sólido
Región de agotamiento
Ec
n
p
Vbi
Ev
W
Ec
EF
Ev
a.
(Vbi – VD)
ID
VD
n
p
–
+
Ec
Ev
VD
b.
IR
n
p
VR
+
–
VR
(Vbi – VR)
Ec
Ev
c.
Figura 1. Perfil para la polarización directa y polarización inversa.
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