región de agotamiento o región de carga superficial

Universidad NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOSUniversidad del Per (DECANA DE AMRICA)

FACULTAD DE INGENIERIA ELECTRONICA Trabajo de Investigacin

CURSO: Circuitos Electrnicos I PROFESOR: Epifanio Vivas Fernndez APELLIDOS Y NOMBRES: Mlaga Ortega Miguel ngelo N DE MATRICULA 10190019

UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS

Trabajo de investigacin1) Regin de agotamiento o Regin de carga superficial Al haber una repulsin mutua, los electrones libres en el lado n se dispersan en cualquier direccin. Algunos electrones libres se difunden y atraviesan la unin, cuando un electrn libre entra en la regin p se convierte en un portador minoritario y el electrn cae en un hueco, el hueco desaparece y el electrn libre se convierte en electrn de valencia. Cuando un electrn se difunde a travs de la unin crea un par de iones, en el lado n con carga positiva y en el p con carga negativa. Las parejas de iones positivo y negativo se llaman dipolos, al aumentar los dipolos la regin cerca de la unin se vaca de portadores y se crea la llamada "Regin de agotamiento". 2) Barrera de potencial Los dipolos tienen un campo elctrico entre los iones positivo y negativo, y al entrar los electrones libres en la regin de agotamiento, el campo elctrico trata de devolverlos a la zona n. La intensidad del campo elctrico aumenta con cada electrn que cruza hasta llegar al equilibrio. El campo elctrico entre los iones es equivalente a una diferencia de potencial llamada "Barrera de Potencial" que a 25 C vale: 0.3 V para diodos de Ge. 0.7 V para diodos de Si.

Polarizar: Poner una pila. No polarizado: No tiene pila, circuito abierto o en vaco. z.c.e.: Zona de Carga Espacial o regin de agotamiento (W). 3) Voltaje integral de unin Cuando en un diodo aplicamos una tensin inversa, a su travs circula la corriente inversa de saturacin (IS) y en la zona de carga aparece una tensin igual a la tensin inversa aplicada. Sin embargo, esta tensin no puede aumentarse todo lo que se desee ya que existe un valor de tensin (tensin de ruptura) a partir del cual el diodo comienza a conducir intensamente. Para pequeos aumentos de tensin inversa se tienen grandes incrementos de corriente. Si no conseguimos evacuar toda la potencia calorfica generada por efecto Joule, el diodo se rompe. Esta ruptura se puede deber a dos efectos: Efecto avalancha. Efecto zener

4) Corriente superficial, inversa de saturacin Corriente inversa de saturacin (Is). Es la pequea corriente que se establece al polarizar inversamente el diodo. La polaridad de la unin es tal que tiende a llevar los huecos de la zona p y los electrones de la zona n a alejarse de la unin. Slo los portadores minoritarios

Mlaga Ortega Miguel ngelo

Circuitos Electrnicos I

Pgina 2

UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOSgenerados trmicamente en ambas regiones son empujados hacia la unin. As, nicamente los pocos electrones de p, al pasar al lado n, formarn con los mayoritarios de esta regin una corriente de arrastre, y de similar manera, los pocos huecos de n, al pasar a p, formarn otra dbil corriente de arrastre que se sumar a la anterior. Esta pequea corriente es la corriente inversa de saturacin del diodo y su valor, que se designa por I o, y que se encuentra limitado por el nmero de portadores minoritarios, es independiente de la tensin inversa aplicada. Esta corriente inversa aumentar con el incremento de la temperatura. A temperatura ambiente, los diodos de silicio de pequea seal tienen valores de I o del orden de 10-14 A. Corriente superficial de fugas. Es la pequea corriente que circula por la superficie del diodo (ver polarizacin inversa), esta corriente es funcin de la tensin aplicada al diodo, con lo que al aumentar la tensin, aumenta la corriente superficial de fugas. 5) Proceso de recombinacin de los portadores Los portadores que atraviesan la unin se difunden alejndose de ella hasta que se recombinan con los portadores mayoritarios que son aportados por las corrientes de arrastre. As, los electrones libres del lado n que atraviesan la unin se difunden en el lado p, donde son minoritarios, y se recombinan con huecos que aporta el arrastre, convirtindose en electrones de valencia en el lado p. Del mismo modo, los electrones de valencia del lado n que atraviesan la unin hacia el lado p, o lo que es lo mismo, los huecos del lado p que atraviesan la unin, se difunden en el lado n, donde son minoritarios, y se recombinan con electrones libres que aporta el arrastre 6) Equilibrio trmico de los portadores Movimiento aleatorio trmico En equilibrio trmico, los portadores dentro del semiconductor estn siempre en movimiento trmico aleatorio. La mecnica estadstica nos dice que: un portador a una temperatura T tiene una energa trmica media de 3KBT/2 Esta energa trmica le sirve para moverse (convertirla en energa cintica) a una velocidad trmica : vth m*: masa efectiva del portador KB: Constante de Boltzmann KBT (300K): 0.026 e El portador se mueve rpidamente dentro del cristal en todas las direcciones alternando recorridos libres y colisiones con los tomos de la red.



Pgina 3

UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS En equilibro trmico y sin campo elctrico aplicado (E=0), el movimiento de todos los portadores se cancela y la corriente media en cualquier direccin es nula

7) Corriente de difusin Fenmenos de difusin (I) La difusin ocurre como consecuencia de la no-homogeneidad de concentracin los portadores se difunden desde donde la concentracin es ms alta hacia donde es ms baja

Cmo son partculas cargadas este movimiento da lugar a corrientes de difusin: obedecen a la Ley de Fick

Fenmenos de difusin (II) Las corrientes de difusin de electrones y de huecos, se pueden calcular partiendo del flujo como

Los signos indican que la corriente de difusin de huecos es opuesta a su gradiente 8) Corriente de desplazamiento Las corrientes de desplazamiento son debidas a la existencia de un campo elctrico en el interior de un semiconductor. Este campo elctrico acta tanto sobre electrones como sobre los huecos. Este mecanismo ya fue estudiado en el tema de corriente elctrica, aunque centrado entonces en la corriente en los conductores. En l ya se estudi el concepto de velocidad de arrastre y su relacin con el campo elctrico. En el caso de los semiconductores, al existir dos tipos de portadores, tendremos dos velocidades de arrastre diferentes para huecos y para electrones, y por tanto movilidades distintas para electrones n, y para huecos p. De este modo, al aplicar un campo elctrico, las velocidades de electrones y huecos sern: puede observarse que los electrones se mueven en sentido contrario al campo aplicado al tener carga negativa. En todo momento el subndice n hace referencia a los electrones, y p a los huecos. De este modo, las densidades de corriente de desplazamiento producidas por ambos portadores sern:



Pgina 4


siendo n y p la concentracin de electrones y huecos respectivamente, y qe la carga del electrn en valor absoluto. A pesar de moverse electrones y huecos en sentido contrario, sin embargo, tanto Jndes como Jpdes tienen el mismo sentido (el mismo que el campo aplicado). La densidad de corriente de desplazamiento total ser la suma de ambas:

Si admitimos un comportamiento hmico del semiconductor, podemos aplicar la ley de Ohm microscpica, y as obtener la conductividad del semiconductor en funcin de las concentraciones de portadores:

Si se trata de un conductor intrnseco, n = p = ni, por lo tanto: En el caso de semiconductores extrnsecos, dado que la concentracin de portadores mayoritarios es mucho mayor que la de portadores minoritarios, se podr despreciar la participacin de los portadores minoritarios en la conductividad, y por lo tanto la conductividad en cada tipo de semiconductor ser la sealada en la figura:

9) Perfiles de carga de minoritarios CAPACIDAD DE DIFUSIN En polarizacin directa si VD aumenta implica que aumenta la concentracin de minoritarios en ambos lados, y entonces aumenta la carga almacenada Q producindose tambin en este caso un efecto capacitivo: Modelo de control de la carga de un diodo



Pgina 5

: tiempo de vida medio de los portadores r: resistencia dinmica de la unin


CD (orden de F) es mucho mayor que CT (puede llegar a nF)

10)

Casos (polarizacin directa e inversa)

Diodo ideal (primera aproximacin)

Segunda aproximacin

Tercera aproximacin



Pgina 6




Pgina 7

región de agotamiento o región de carga superficial

Documents