Curso de Semiconductores SESION 10 Prof. José Edinson Aedo Cobo, Msc. Dr. Eng. E-mail: joseaedo@udea.edu.co Departamento de Ingeniería Electrónica Grupo de Microelectrónica - Control Universidad de Antioquia

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.

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

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:

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.

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:

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 (qVa/2KT) a (qVa/KT) Un modelo aproximado consiste en considerar: Con  entre 1 y 2

Limitaciones a la teoría ideal del diodo Alto nivel de inyección En polarización en directa donde Va se acerca a Vbi 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 ND = 1016 cm-3 se puede establecer que: En condiciones de equilibrio: n0n1016 cm-3 , p0n= 104 cm-3 con: Va= 0.4 V, pn(0) ≈1010 cm-3 con Va= 0.7 V, pn(0) ≈1016 cm-3

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.

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

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

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

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 IR siendo la corriente inversa real del diodo y IRO la corriente estimadas por el modelo que considera la recombinación en la zona de vaciamiento.

Limitaciones a la teoría ideal del diodo El diodo en polarización inversa El factor de multiplicación está dado por Para 2<n<6 Con VR siendo el voltaje inverso aplicado y Vbr el voltaje de ruptura De la unión.

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

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

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

Limitaciones a la teoría ideal del diodo Capacitancias asociados al diodo: Capacitancia de la unión Para NA >> ND Como: Para NA >> ND y xp << xn entonces:

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

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

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

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

Limitaciones a la teoría ideal del diodo Circuito equivalente de pequeña señal NA >> ND, entonces n0p << p0n . Con Va >> KT/q Con: Luego:

Limitaciones a la teoría ideal del diodo Circuito equivalente de pequeña señal Se tiene: CS Cj Rs Rs Cj rd rd En polarización inversa En polarización directa