Dispositivos Semicoductores - DIEC/UNS

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Temas Fenómenos de Ruptura Juntura: Desviaciones de lo ideal Interfaces Metal-Semiconductor y Diodo Schottky Dispositivos Optoelectrónicos Referencias Dispositivos Semicoductores - DIEC/UNS

Fenómenos de Ruptura Inversa
Avalancha Zener Dispositivos Semicoductores - DIEC/UNS

Tensión de ruptura inversa
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Tensión de Ruptura inversa

Avalancha Cuando aumenta la tensión inversa, la energía transferida por colisión aumenta Cerca de VBR la energía es suficiente para ionizar un átomo semiconductor (impact ionization) Libera un electrón de valencia Efecto “bola de nieve” Incremento de I suave alrededor de VBR VBR aumenta con la Temp. Dispositivos Semicoductores - DIEC/UNS

Avalancha Dispositivos Semicoductores - DIEC/UNS

Tensión de Ruptura cuando Ecr independiente del dopado Dispositivos Semicoductores - DIEC/UNS

Zener Efecto túnel en un diodo en inversa Partícula atraviesa la barrera (sin modificar su energía o la de la barrera) Dispositivos Semicoductores - DIEC/UNS

Zener Efecto túnel es significativo: Estados vacíos de un lado, y llenos del otro a la misma energía Ancho de la barrera de potencial pequeño (10nm) Dispositivos Semicoductores - DIEC/UNS

Zener Cuanto mayor la tensión inversa, mayor la cantidad de estados a ambos lados: mayor corriente inversa En Si, Xd < 10nm, para dopados > 10e17 / cm3 (dopado fuerte en ambos lados) Tensión de ruptura pequeña Efecto dominante cuando VBR < 5V Dispositivos Semicoductores - DIEC/UNS

Zener y Avalancha Avalancha: VBR aumenta con aumento de Temperatura Zener VBR disminuye con el aumento de la Temperatura Característica de ruptura suave Dispositivos Semicoductores - DIEC/UNS

Zener y Avalancha Zener ruptura suave Históricamente, se denomina Zener a todos los diodos que utilizan la característica de ruptura (aún cuando el efecto dominante sea avalancha) Dispositivos Semicoductores - DIEC/UNS

Juntura: Desviaciones de lo ideal

Factores no ideales Entre 0.35V y 0.7V, pendiente esperada q/KT A tensiones mayores que 0.7V, pendiente disminuye: Altos niveles de I A tensiones menores de 0.35V, mayores corrientes (pendiente q/2KT Recombinación y generación en la zona de vaciamiento También produce incremento de I en inversa Dispositivos Semicoductores - DIEC/UNS

Interfaces Metal-Semiconductor y Diodo Schottky

Interfaz metal - semiconductor
Electron affinity Diff. to Fermi level workfunction Dispositivos Semicoductores - DIEC/UNS

MS diode Forward conduction dominated by electron injection from semiconductor into metal Dispositivos Semicoductores - DIEC/UNS

El diodo Schottky Dispositivos Semicoductores - DIEC/UNS

El diodo Schottky Reverse bias capacitance is identical to a pn junction Forward bias: Diffusion component of current negligible No storage of minority carriers No diffusion capacitance High frequency use Dispositivos Semicoductores - DIEC/UNS

Contactos ohmicos Imperfecciones producen barrera de potencial Los niveles de energía no dependen del dopado A mayor dopado disminuye la zona de vaciamiento, y se produde la conducción por efecto túnel (contacto ohmico) Dispositivos Semicoductores - DIEC/UNS

Dispositivos Optoelectrónicos

Fotodiodos Tip. Si o GaAs Un fotón produce un par hueco-electrón. La circulación de estas cargas produce corriente Captación: 250nm – 1100nm para Si y 800nm – 2um para GaAs Importante: Capacidad de capturar los electrones antes que se recombinen Eficiencia cuántica: relación entre fotones que impactan y electrones de I Dispositivos Semicoductores - DIEC/UNS

Fotodiodos Factores Importantes Velocidad de respuesta Eficiencia cuántica Linealidad Uniformidad espacial Ruido oscuro (dark noise) Dispositivos Semicoductores - DIEC/UNS

Fotodiodos Dispositivos Semicoductores - DIEC/UNS

Diodo p-i-n Dispositivos Semicoductores - DIEC/UNS

Hamamatsu model S2386 silicon photodiode Dispositivos Semicoductores - DIEC/UNS

Toshiba TPS850 Dispositivos Semicoductores - DIEC/UNS

Light Emitting Diode (LED)
Definition: a semiconductor device that emits incoherent narrow-spectrum light when electrically biased in the forward direction Courtesy of Wikipedia Dispositivos Semicoductores - DIEC/UNS

Light Emitting Diode (LED)
LED v.s. Incandescent (Edison’s lightbulb) and Flourescent Bulbs Much longer life span ( hrs v.s. 103 / 104 hrs) Suitable for applications that are subject to frequent on-off cycling Efficiency: better than incandescent but currently worse than flourescent bulbs Source: US Department of Energy Dispositivos Semicoductores - DIEC/UNS

LED Efficiency Internal Quantum Efficiency (ηint) Definition: ratio of the number of electrons flowing in the external circuit to the number of photons produced within the device Has been improved up to 80% External Quantum Efficiency Definition: The percentage of photons that can be extracted to the ambient. Typically 1% ~ 10% Limiting factor of LED efficiency Improvement techniques: dome-shaped package, textured surface, photonic crystal, … Source: Lecture Note of “Optoelectronic Devices” (by Sheng-fu Horng, Dept. of Electrical Engrg, NTHU, Hsinchu, Taiwan) Dispositivos Semicoductores - DIEC/UNS

LED’s External quantum efficiency: is due to reflections in the Interface air-semiconductor Dispositivos Semicoductores - DIEC/UNS

LED Dispositivos Semicoductores - DIEC/UNS

Pares Tx-Rx Dispositivos Semicoductores - DIEC/UNS

Optoacopladores Aislación eléctrica entre dos circuitos. Comunicación óptica Típicamente se utilizan haces de luz entre el rojo al infrarrojo Dispositivos Semicoductores - DIEC/UNS

Características importantes: Tensión de aislación Buena relación de transferencia Baja capacidad de acoplamiento Imnunidad a interferencias Dispositivos Semicoductores - DIEC/UNS

Referencias Robert F. Pierret, Semiconductor Device Fundamentals, Addison –Wesley, Capítulos 6, 9, 14. Stanley G. Burns, Paul R. Bond, “Principles of Electronic Circuits”, PWS Publishing Company, Capítulo 3. Dispositivos Semicoductores - DIEC/UNS

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