Semiconductor tipo P y N Unión P-N en estado de equilibrio Unidad II Unión P N Semiconductor tipo P y N Unión P-N en estado de equilibrio Potencial de contacto

Unión P-N Se conoce como unión P-N a la configuración fundamental de los componentes electrónicos conocidos como semiconductores principalmente diodos y transistores y estos están formados de dos cristales de silicio i de germanio según su naturaleza P y N según su composición del nivel atómico.

¿Que es un semiconductor?

Semiconductor tipo P Un Semiconductor tipo P se obtiene llevando a cabo un proceso de dopado añadiendo un cierto tipo de átomos al semiconductor para poder aumentar el número de portadores de carga libres (en este caso positivos o 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 aceptor y los átomos del semiconductor que han perdido un electrón son conocidos como huecos.

Impurezas del grupo III de la tabla periódica Si Al - + Al: aluminio Impurezas del grupo III de la tabla periódica Es necesaria muy poca energía para ionizar el átomo de Al

Los portadores mayoritarios de carga en un semiconductor tipo P son Al - Impurezas grupo III Átomos de impurezas ionizados Huecos libres Los portadores mayoritarios de carga en un semiconductor tipo P son Huecos. Actúan como portadores de carga positiva.

Estructura cristalina compuesta por átomos de silicio (Si) Estructura cristalina compuesta por átomos de silicio (Si). que forman, una celosía, dopada. ahora con átomos de galio (Ga) para formar un semiconductor “extrínseco”. Como se puede observar en. la. ilustración, los átomos de silicio (con cuatro electrones en. la. última órbita o banda de valencia) se unen formando. enlaces covalente con los átomos de galio (con tres. electrones en su banda de valencia). En esas condiciones. quedará un hueco con defecto de electrones en la. estructura. cristalina de silicio, convirtiéndolo en un. semiconductor tipo-P (positivo) provocado por el defecto de electrones en la estructura.  

Semiconductor tipo N

Un Semiconductor tipo N se obtiene llevando a cabo un proceso de dopado añadiendo un cierto tipo de átomos al semiconductor para poder aumentar el número de portadores de carga libres (en este caso negativas o electrones). El propósito del dopaje tipo n es el de producir abundancia de electrones portadores en el material.

Si Sb Sb: antimonio Impurezas del grupo V de la tabla periódica Es necesaria muy poca energía para ionizar el átomo de Sb A temperatura ambiente todos los átomos de impurezas se encuentran ionizados

Los portadores mayoritarios de carga en un semiconductor tipo N son Sb Impurezas grupo V 300ºK + Electrones libres Átomos de impurezas ionizados Los portadores mayoritarios de carga en un semiconductor tipo N son electrones libres

Estructura cristalina compuesta por átomos de silicio (Si) formando una celosía. Como se puede observar, esta estructura se ha dopado añadiendo átomos de antimonio (Sb) para crear un material semiconductor “extrínseco”. Los átomos de silicio (con cuatro electrones en la última órbita o banda de valencia) se unen formando enlaces covalentes con los átomos de antimonio (con cinco en su última órbita banda de valencia). En esa unión quedará un electrón libre dentro de la estructura cristalina del silicio por cada átomo de antimonio que se haya añadido. De esa forma el cristal. de silicio se convierte en material semiconductor tipo-N (negativo) debido al exceso electrones libres con cargas negativas presentes en esa estructura.

Unión P-N en equilibrio Semiconductor tipo P + Semiconductor tipo N

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, el nivel de Fermi ha de ser el mismo para ambos tipos de portadores. Con ello tendremos:

Conclusiones Unión P-N Aplicando tensión inversa no hay conducción de corriente Al aplicar tensión directa en la unión es posible la circulación de corriente eléctrica P N DIODO SEMICONDUCTOR

Potencial de contacto Es ocasionado por el salto de los electrones libres que se encuentran cerca de la juntura metalúrgica provocado en el bloque N hacia los iones positivos que se encuentran en el bloque P. Este salto se lleva a cabo sin necesidad de aplicar energía eléctrica. El potencial de contacto se puede considerar despreciable para fines prácticos.

En la unión P-N en equilibrio, es la diferencia de potencial existente en la zona de transición. Depende de la concentración de impurezas aceptoras (NA), donadoras (ND) y de la concentración intrínseca (ni), y viene dada por: en la que VT es el potencial de temperatura , donde  k es la constante de Boltzmann (1,38066·10-23 J/K), T la temperatura absoluta y qe la carga del electrón. De este modo, a 300 K, VT  vale 26 mV.