86.03/66.25 - Dispositivos Semiconductores Clase 6-1 Clase 6 1 - Juntura PN (II) Electrost ´ atica de la juntura PN con polarizaci ´ on aplicada Contenidos: 1.Electrost´atica de la juntura PN con polarizaci´on aplicada 2. Capacidad de juntura 3. Corriente a trav´ es de la juntura 4. Diagramas de bandas Lectura recomendada: Howe-Sodini: Microelectronics an integrated approach, Chap. 3 P. Julian: Introducci´ on a la Microelectr´onica, Cap. 3 1 Esta clase es una traducci´ on realizada por los docentes del curso “Dispositivos Semiconductores - de la FIUBA”, de la correspondiente hecha por el prof. Jes´ us A. de Alamo para el curso “6.012 - Microelectronic Devices and Circuits” del MIT. Cualquier error debe adjudicarse a la traducci´ on.
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Electrostatica de la juntura PN con polarizacion aplicadamaterias.fi.uba.ar/6625/Clases/Clase06.pdf86.03/66.25 - Dispositivos Semiconductores Clase 6-3 1. Electrost atica de la juntura
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Electrostatica de la juntura PN conpolarizacion aplicada
Contenidos:
1. Electrostatica de la juntura PN con polarizacionaplicada
2. Capacidad de juntura
3. Corriente a traves de la juntura
4. Diagramas de bandas
Lectura recomendada:
Howe-Sodini: Microelectronics an integrated approach,Chap. 3P. Julian: Introduccion a la Microelectronica, Cap. 3
1Esta clase es una traduccion realizada por los docentes del curso “Dispositivos Semiconductores - de laFIUBA”, de la correspondiente hecha por el prof. Jesus A. de Alamo para el curso “6.012 - MicroelectronicDevices and Circuits” del MIT. Cualquier error debe adjudicarse a la traduccion.
Al aplicar una tension sobre la juntura PN se observa quecircula una corriente.La expresion de la corriente en funcion de la tension laobtendremos mas adelante en la clase ”El diodo de jun-tura PN (I)”.Por el momento solo mostraremos que para tensionesnegativas la corriente es muy pequena y para tensionespositivas crece exponencialmente. Esta es la propiedadelectrica mas importante del diodo, motivo por el cualdedicaremos una clase entera para estudiarla en detalle.
Consideremos el caso de la juntura sin tension externaaplicada, es decir en equilibrio termico y estudiemos comoserıa su diagrama de bandas.
Figura: (a) detalle de dos bloques semiconductores tipo py n por separado, (b) detalle del instante en el que ambosbloques entran en contacto, (c) sistema luego del alcanzarel equilibrio termico.
Para entender el diagrama en equilibrio termico, se debecomenzar por plantear la funcion de Fermi-Dirac para losmateriales tipo p (1) y tipo n (2):
Se puede obtener la densidad de electrones y huecos decada material considerando:
Para el sistema en equilibrio termico sabemos que en cadapunto del material la probabilidad de transicion entre es-tados es proporcional a la densidad de electrones y huecosdisponibles. Luego, en x = 0 debe cumplirse que los elec-trones del material 1 tengan la misma probabilidad detransicionar al material 2, que los electrones del material2 hacia el material 1. Matematicamente esto se expresade la siguiente forma:
Condicion que se cumple cuando Ef1 = Ef2, es decirexiste un unico nivel de Fermi para un SC en equilibriotermico.