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Curso de Semiconductores SESION 10 Prof. José Edinson Aedo Cobo, Msc. Dr. Eng. Departamento de Ingeniería Electrónica Grupo.

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1 Curso de Semiconductores SESION 10 Prof. José Edinson Aedo Cobo, Msc. Dr. Eng. Departamento de Ingeniería Electrónica Grupo de Microelectrónica - Control Universidad de Antioquia

2 Limitaciones a la teoría ideal del diodo Algunas de las hipótesis para la deducción del modelo del diodo -No existe generación, ni recombinación en la zona de vaciamiento. Los portadores simplemente la atraviesan. -En polarización en directa, se asume que existe una inyección de bajo nivel. Los minoritarios varían, pero su variación es mucho menor que la densidad de portadores mayoritarios. Se asume que los mayoritarios permanecen constantes. -En el cuerpo del diodo, fuera de la zona de vaciamiento, el semiconductor es neutral.

3 Limitaciones a la teoría ideal del diodo En el caso que exista recombinación en la zona de vaciamiento P N Zona neutral Zona de vaciamiento Va W

4 Limitaciones a la teoría ideal del diodo En el caso que exista recombinación en la zona de vaciamiento La corriente ideal del diodo está dada por: Con:

5 Limitaciones a la teoría ideal del diodo En el caso que exista recombinación en la zona de vaciamiento La corriente de recombinación en la zona de vaciamiento está dada por *: Con: 0 es es tiempo de los huecos e electrones en la zona de vaciamiento W es ancho de la zona de vaciamiento. ( * ) De Tyagi, introduction to semiconductor material and devices, p.198 John Wiley, 1991.

6 Limitaciones a la teoría ideal del diodo En el caso que exista recombinación en la zona de vaciamiento La corriente total es: Si la polarización es inversa:

7 Limitaciones a la teoría ideal del diodo Bajo nivel de inyección (voltajes pequeños en directa) En polarización en directa, cuando se aplican pequeños voltajes la componente dominante es la corriente de recombinación. A voltajes mayores domina la componente ideal. Existe una transición del exponente (qV a /2KT) a (qV a /KT) Un modelo aproximado consiste en considerar: Con entre 1 y 2

8 Limitaciones a la teoría ideal del diodo Alto nivel de inyección En polarización en directa donde V a se acerca a V bi no se cumple la hipótesis de bajo nivel de inyección. Debido a la alta corriente el efecto de la resistencia de las zonas neutrales empieza a manifestarse. Por ejemplo en un diodo P+N, donde el lado N esta dopado con N D = cm -3 se puede establecer que: En condiciones de equilibrio: n 0n cm -3, p 0n = 10 4 cm -3 con: V a = 0.4 V, p n (0) cm -3 con V a = 0.7 V, p n (0) cm -3

9 Limitaciones a la teoría ideal del diodo Alto nivel de inyección Un modelo del diodo considerando alto nivel de inyección esta dado por( * ) diodos P+N: Donde: Resistencia serie de las partes neutrales ( * ) De Tyagi, introduction to semiconductor material and devices, p.198 John Wiley, 1991.

10 Limitaciones a la teoría ideal del diodo El diodo en polarización inversa Característica real: Se requiere un modelo para esta región (de ruptura)

11 Limitaciones a la teoría ideal del diodo El diodo en polarización inversa Tipos de rupturas: Ruptura por avalancha. Ruptura Zener

12 Limitaciones a la teoría ideal del diodo El diodo en polarización inversa Ruptura por avalancha Existe una intensidad de campo eléctrico muy grande debido a la polarización inversa

13 Limitaciones a la teoría ideal del diodo El diodo en polarización inversa Ruptura por avalancha: se considera un factor de multiplicación de la corriente. Con I R siendo la corriente inversa real del diodo y I RO la corriente estimadas por el modelo que considera la recombinación en la zona de vaciamiento.

14 Limitaciones a la teoría ideal del diodo El diodo en polarización inversa El factor de multiplicación está dado por Con V R siendo el voltaje inverso aplicado y V br el voltaje de ruptura De la unión. Para 2

15 Limitaciones a la teoría ideal del diodo El diodo en polarización inversa Ruptura Zener

16 Limitaciones a la teoría ideal del diodo El diodo en polarización inversa Ruptura Zener y por avalancha

17 Limitaciones a la teoría ideal del diodo Capacitancias asociados al diodo: Capacitancia de la unión

18 Limitaciones a la teoría ideal del diodo Capacitancias asociados al diodo: Capacitancia de la unión Para N A >> N D Como: Para N A >> N D y x p << x n entonces:

19 Limitaciones a la teoría ideal del diodo Capacitancias asociados al diodo: Capacitancia de la unión Con: Se tiene: Entonces: Como:

20 Limitaciones a la teoría ideal del diodo Capacitancias asociados al diodo: Capacitancia de la unión Como: V bi

21 Limitaciones a la teoría ideal del diodo Capacitancias asociados al diodo: Capacitancia de almacenamiento -x p x n x´ La carga asociada: Zona de vaciamiento P N Va

22 Limitaciones a la teoría ideal del diodo Capacitancias asociados al diodo: Capacitancia de almacenamiento Luego:

23 Limitaciones a la teoría ideal del diodo Circuito equivalente de pequeña señal N A >> N D, entonces n 0p > KT/q Con: Luego:

24 Limitaciones a la teoría ideal del diodo Circuito equivalente de pequeña señal Se tiene: CjCj rdrd RsRs CjCj rdrd RsRs CSCS En polarización inversaEn polarización directa


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