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13/05/2015. Materiales Eléctricos. Juntura PN Diodo. Semiconductor tipo P - tipo N Ion Aceptador. Ion Donador P (N A ) N (N D ) + Electrón.

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Academic year: 2021

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(1)

Materiales

Eléctricos

Juntura PN

Diodo

-+ + + + + + + + + + + + + + + + Ion Aceptador Ion Donador Hueco Electrón

Semiconductor tipo P - tipo N

+ + + + P (NA) N (ND)

Materiales Eléctricos

(2)

Banda Valencia Banda Conducción

Niveles energéticos puestos por las impurezas Donadoras ND

Banda Valencia Banda Conducción Niveles energéticos puestos por las impurezas AceptorasNA

Semiconductor tipo P - tipo N

D C C F

N

N

kT

E

E

n

ln

Nivel de Fermi Nivel de Fermi A V V F

N

N

kT

E

E

p

ln

-+ + + + + + + + + + + + + + + + Ion Aceptador Ion Donador Hueco Electrón

Juntura PN

+ + + + P (NA) N (ND)

Materiales Eléctricos

(3)

-

+ + + + + + + +

-+ + + + + + + + + + + + + + + + Ion Aceptador Ion Donador Hueco Electrón

Juntura PN

Huecos por Difusión Electrones por Difusión

Huecos por Campo Electrones por Campo

E

Zona DepleciónLibre de Carga móvil

-

+ + + + + + + +

-+ + + + + + + + + + + + + + + +

Materiales Eléctricos

Juntura PN

Huecos por Difusión Electrones por Difusión

E

Mayoritarios

Electrones por campo Huecos por campo

Mayoritarios Minoritarios Minoritarios

J

=

J

Dp Ep En Dn

=

J

J

LEY DE LA JUNTURA

(4)

-

+ + + + + + + + -

-+ + + + + + + + + + + + + + + +

Juntura PN

Huecos por Difusión Electrones por Difusión

E

Mayoritarios

Electrones por campo Huecos por campo

Mayoritarios Minoritarios Minoritarios

J

=

J

Dp Ep

J

Dn

=

J

En

E

µ

p

q

=

J

=

dx

dp

D

q

J

Dp

p Ep p LEY DE LA JUNTURA

Materiales Eléctricos

Juntura PN

Huecos por Difusión Electrones por Difusión

Mayoritarios

Electrones por campo Huecos por campo

Mayoritarios Minoritarios Minoritarios

J

=

J

Dp Ep

J

Dn

=

J

En

E

µ

p

q

=

J

=

dx

dp

D

q

J

Dp

p Ep p

E

µ

p

q

=

dx

dp

D

q

p p

E

dx

D

µ

=

p

dp

p p LEY DE LA JUNTURA

(5)

Juntura PN

E

µ

p

q

=

dx

dp

D

q

p p

E

dx

D

µ

=

p

dp

p p

V

µ

D

T p p

dV

=

dx

E

T

V

dV

=

p

dp

donde LEY DE LA JUNTURA

-

+ + + + + + + + -

-+ + + + + + + + + + + + + + + +

Materiales Eléctricos

Juntura PN

E

Si integramos esta expresión entre los límites de la zona P donde la concentración de equilibrio es ppo a través de la juntura hasta la zona

N donde la concentración de huecos es pno obtendremos:

T

V

dV

=

p

dp

Vjo 0

V

T

dV

=

p

dp

pno ppo T jo no po

V

V

=

p

p

ln





LEY DE LA JUNTURA

(6)

+ + + + + + + pp0 pn0 nn0 np0 P (NA) N (ND) Concentración de portadores WP -xP 0 xn WN E

Vjo 0

V

T

dV

=

p

dp

pno ppo T jo no po

V

V

=

p

p

ln





Juntura PN

LEY DE LA JUNTURA

Materiales Eléctricos

+ + + + + + + pp0 pn0 nn0 np0 P (NA) N (ND) Concentración de portadores WP -xP 0 xn WN E

Vjo 0

V

T

dV

=

p

dp

pno ppo





2 i D A T jo

n

N

N

ln

V

V

Juntura PN

POTENCIAL DE JUNTURA

V

-

jo

(7)

+ + + + + + + pp0 pn0 nn0 np0 P (NA) N (ND) Concentración de portadores WP -xP 0 xn WN E

Juntura PN en Equilibrio

¿Se puede Medir el POTENCIAL DE JUNTURA?

V

-

jo

Sin potencial aplicado externo

Banda Valencia Banda Conducción

Niveles energéticos puestos por las impurezas Donadoras ND

Banda Valencia Banda Conducción Niveles energéticos puestos por las impurezas AceptorasNA

Materiales Eléctricos

D C C F

N

N

kT

E

E

n

ln

Nivel de Fermi Nivel de Fermi A V V F

N

N

kT

E

E

p

ln

(8)

Banda Valencia Banda Conducción

Niveles energéticos puestos por las impurezas Donadoras ND

Banda Valencia Banda Conducción Niveles energéticos puestos por las impurezas AceptorasNA D C C F

N

N

kT

E

E

n

ln

Nivel de Fermi Nivel de Fermi A V V F

N

N

kT

E

E

p

ln

Juntura PN usando Bandas

Banda Valencia Banda Conducción Banda Valencia Banda Conducción

Materiales Eléctricos

Nivel de Fermi Nivel de Fermi

Juntura PN usando Bandas

A V V D C C F F

N

N

kT

E

N

N

kT

E

E

E

n p

ln

ln

(9)

Banda Valencia Banda Conducción Banda Valencia Banda Conducción Nivel de Fermi Nivel de Fermi

Juntura PN usando Bandas

Semic. Tipo P Semic. Tipo N p n F F

E

E

Expresando esta diferencia energética en volt





2 i D A T jo

n

N

N

ln

V

V

Banda Valencia Banda Conducción Banda Valencia Banda Conducción

Materiales Eléctricos

Nivel de Fermi Nivel de Fermi

Juntura PN con Polarización

DIRECTA

Semic. Tipo P

Semic. Tipo N

Barrera c/polarización 0

Barrera c/polariz. Mayor a 0

(10)

Banda Valencia Banda Conducción Banda Valencia Banda Conducción Nivel de Fermi Nivel de Fermi

Juntura PN con Polarización

INVERSA

Semic. Tipo P

Semic. Tipo N

Barrera c/polarización 0

Barrera c/polariz. Menor a 0

Los niveles de Fermi ya no son iguales

-

+ + + + + + + +

-+ + + + + + + + + + + + + + + + Ion Aceptador Ion Donador Hueco Electrón

Materiales Eléctricos

Juntura PN c/pola. 0

Huecos por Difusión Electrones por Difusión

Huecos por Campo Electrones por Campo

(11)

-

+ + + + + + + +

-+ + + + + + + + + + + + + + + + Zona P Zona N

Juntura PN con Polarización

DIRECTA

Huecos por Difusión Electrones por Difusión

E

Zona Deplecióny campo EMENOR

Huecos por Campo Electrones Campo Mayoritarios Minoritarios Mayoritarios Minoritarios

J

mayor

J

Dp Ep

J

Dn

mayor

J

En

-

+ + + + + + + +

-+ + + + + + + + + + + + + + + + Zona P Zona N

Materiales Eléctricos

Juntura PN con Polarización

INVERSA

E

Zona Deplecióny campo EMAYOR

Huecos por Campo Electrones Campo

Mayoritarios

Minoritarios

Mayoritarios

Minoritarios Huecos por Difusión Electrones por Difusión

J

menor

(12)

¿Por qué rectifica la Juntura PN?

¿Por qué

permite

circular corriente en sentido

directo?

¿Por qué

NO permite

circular corriente en sentido

inverso?

¿Qué peso tienen los

mayoritarios

frente a los

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