PROFESOR:
Limay Arenas, Nolberto J
UPAO 2015-I ING. ELECTRÓNICA
TRABAJO DE INVESTIGACIÓN DIODOS DEFI DEFINI NICI CIÓN ÓN,, POLA POLARI RIZA ZACI CIÓN ÓN Y CARA CARACT CTER ERÍS ÍSTI TICA CAS S DE LOS LOS DIODOS Definición: Un diodo es un componente un componente electrónico de electrónico de dos terminles !ue permite l circulción de l corriente el"ctric tr#"s de "l en un solo sentido$ Este t"rmino %enerlmente se us pr re&erirse l diodo semiconductor' el m(s com)n en l ctulidd* const de un diodo o de pie+ de cristl semiconductor con semiconductor conect ectd d dos termin terminles les el"ctri el"ctrico cos$ s$ El diod vacío ,!ue ctulmente - no se us' e.cepto pr tecnolo%/s de lt potenci0 es un tu1o de #c/o con #c/o con dos electrodos2 electrodos2 un l(min como (nodo' (nodo' - un c(todo$ Polarización e!i"#en $o" #i%o"&: Direc#a: En este cso' l 1ter/ disminu-e l 1rrer de potencil de l +on de cr% espcil' permitiendo el pso de l corriente de electrones tr#"s de l unión* es decir' el diodo polri+do directmente conduce l electricidd$ 3r !ue un diodo est" polri+do directmente' se de1e conectr el polo positi#o de l 1ter/ l (nodo del diodo - el polo ne%ti#o l c(todo$ En ests condiciones podemos o1ser#r !ue2 El polo ne%ti#o de l 1ter/ repele los electrones li1res del cristl n' con lo !ue estos electrones se diri%en 4ci l unión p5n$ El polo positi#o de l 1ter/ tre los electrones de #lenci del cristl p' esto es e!ui#lente decir !ue empu6 los 4uecos 4ci l unión p5n$ Cundo l di&erenci de potencil entre los 1ornes de l 1ter/ es m-or !ue l di&erenci de potencil en l +on de cr% espcil' los electrones li1res del cristl n' d!uieren l ener%/ su&iciente pr sltr los 4uecos del cristl p' los cules pre#imente se 4n despl+do despl+do 4ci l unión unión p5n$ Un #e+ !ue un electrón li1re de l +on n slt l +on p tr#esndo l +on de cr% espcil' ce en uno de los m)ltiples 4uecos de l +on p con#irti"ndose en electrón de #lenci$ Un #e+ ocurrido esto el electrón es tr/do por el polo positi#o de l 1ter/ 1ter/ - se despl+ despl+ de (tomo en en (tomo 4st lle%r lle%r l &inl del cristl p' desde el cul cul se introduce en el 4ilo conductor conductor - lle% 4st l 1ter/$ De este modo' con l 1ter/ cediendo electrones li1res l +on n - tr-endo electrones de #lenci de l +on p' prece tr#"s del diodo un corriente el"ctric constnte 4st el &inl$ •
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UPAO 2015-I ING. ELECTRÓNICA In'er"a: En este cso' el polo ne%ti#o de l 1ter/ 1ter/ se se conect l +on p - el polo positi#o l +on n' lo !ue 4ce umentr l +on de cr% espcil' - l tensión en dic4 +on 4st !ue se lcn+ el #lor de l tensión de l 1ter/' tl - como se e.plic continución2 El polo positi#o de l 1ter/ tre los electrones electrones li1res li1res de l +on n' los cules slen del cristl n - se introducen en el conductor dentro del cul se despl+n 4st lle%r l 1ter/$ A medid !ue los electrones li1res 1ndonn l +on n' los (tomos pent#lentes !ue ntes ern neutros' l #erse desprendidos de su electrón en el or1itl de conducción' d!uieren est1ilidd ,7 electrones en l cp de #lenci' #er semiconductor semiconductor -- (tomo (tomo00 - un cr% el"ctric net de 89' con lo !ue se con#ierten en iones positi#os$ El polo ne%ti#o de l 1ter/ cede electrones li1res los (tomos tri#lentes de l +on p$ Recordemos !ue estos (tomos sólo tienen : electrones de #lenci' con lo !ue un #e+ !ue 4n &ormdo los enlces co#lentes con los (tomos de silicio' tien tienen en sol solme ment ntee ; elec electr tron ones es de #le #lenc nci i'' sien siendo do el elec electr trón ón !ue !ue < < el denomindo hueco$ El cso es !ue cundo los electrones li1res cedidos por l 1ter/ entrn en l +on p' cen dentro de estos 4uecos con lo !ue los (tomos tri#lentes d!uieren est1ilidd ,7 electrones en su or1itl de #lenci0 - un cr% el"ctric net de 59' con#irti"ndose s/ en iones ne%ti#os$ Este proceso se repite un - otr #e+ 4st !ue l +on de cr% espcil d!uiere el mismo potencil mismo potencil el"ctrico !ue l 1ter/$ En est situción' el diodo no de1er/ conducir l corriente* sin em1r%o' de1ido l e&ecto de l tempertur tempertur se se &ormr(n pres electrón54ueco ,#er semiconductor 0 m1os ld ldos de l unió nión pro produci ducieendo ndo un un pe! pe!ue< ue< corri orrieente nte ,del ,del orde rden de 9 = A0 deno denomi min nd d corr corrie ient ntee in#e in#ers rs de stu stur rci ción ón$$ Adem( dem(s' s' e.is e.iste te tm1 tm1i" i"nn un un denomi den omind nd corrie corriente nte super& super&ici icil l de &u%s &u%s l cul' cul' como como su propio propio nom1re nom1re indic indic'' conduce un pe!ue< corriente por l super&icie del diodo* - !ue en l super&icie' los (tomos de silicio no est(n rodedos de su&icientes (tomos pr reli+r los cutro enlces co#lentes necesrios pr o1tener est1ilidd$ •
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Carac#er("#ica": Ten"ión )*+ral, $e co$o o $e %ar#i$a ,V> 0$ ? tensión um1rl ,tm1i"n llmd 1rrer de potencil0 de polri+ción direct coincide en #lor con l tensión de l +on de cr% espcil del diodo no polri+do$ Al polri+r polri+r directmente el diodo' diodo' l 1rrer de potencil potencil inicil se # reduciendo' incrementndo incrementndo l corriente li%ermente' lrededor del 9@ de l nominl$ Sin em1r%o' cundo l tensión e.tern super l tensión um1rl' l 1rrer de potencil potencil desprece' desprece' de &orm !ue pr pr pe!ue
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&ormción de pres electrón54ueco de1ido l tempertur' dmiti"ndose !ue se duplic por cd incremento de 9 C en l tempertur$ Corrien#e ")%erficial $e f)-a" $ Es l pe!ue< corriente !ue circul por l super&icie del diodo ,#er polri+ción in#ers0' est corriente es &unción de l tensión plicd l diodo' con lo !ue l umentr l tensión' ument l corriente super&icil de &u%s$ Ten"ión $e r)%#)ra ,Vr 0$ Es l tensión in#ers m(.im !ue el diodo puede soportr ntes de drse el e&ecto #lnc4$ Efec#o a'alanc.a ,diodos poco dopdos0$ En polri+ción in#ers se %enern pres electrón54ueco !ue pro#ocn l corriente in#ers de sturción* si l tensión in#ers es ele#d los electrones se celern incrementndo su ener%/ cin"tic de &orm !ue l c4ocr con electrones de #lenci pueden pro#ocr su slto l 1nd de conducción$ Estos electrones li1erdos' su #e+' se celern por e&ecto de l tensión' c4ocndo con m(s electrones de #lenci - li1er(ndolos su #e+$ El resultdo es un avalancha de electrones !ue pro#oc un corriente %rnde$ Este &enómeno se produce pr #lores de l tensión superiores V$ Efec#o Zener ,diodos mu- dopdos0$ Cunto m(s dopdo est( el mteril' menor es l nc4ur de l +on de cr%$ 3uesto !ue el cmpo el"ctrico E puede e.presrse como cociente de l tensión V entre l distnci d* cundo el diodo est" mu- dopdo' - por tnto d se pe!ue
/ODELOS DEL DIODO PARA PE01E2A SE2AL3 Un diodo es un t/pico e6emplo de dispositi#o no linel con solo dos entrds o puertos$ En este dispositi#o' l corriente !ue lo tr#ies' I D' es &unción de l tensión entre m1os puertos' V D$ Suponiendo el diodo idel' puede usrse l ecución de S4ocHle-2 I D = I S ∙
[ ( ) ] exp
V D
N ∙ V T
−1
Normlmente' el diodo se suele utili+r en +on direct por lo !ue l e.presión nterior se reduce 2
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UPAO 2015-I ING. ELECTRÓNICA I D I S ∙ exp =
( ) V D
N ∙ V T
Clculemos 4or el e!ui#lente en pe!ue< se<l$ Denominremos v D= ∆ V D
i D
=
∂ I D ∂V D
con lo !ue2
∙ v D I S ∙ exp =
Q
i D =∆ I D
( ) V D
N ∙ V T
∙
I D 1 ∙ v D ∙v N ∙ V T N ∙ V T D =
Es decir' 4- un relción linel entre l corriente - l tensión$ Esto no es sino l ecución !ue %o1ernr/ un resistenci de #lor2 r D=
N × V T I D
3or tnto' en primer pro.imción' un diodo puede pro.imrse en pe!ue< se<l como un resistenci cu-o #lor se clculr( con l ecución nterior$ En in#ers' podemos suponer directmente !ue
r D=0
$
EL DIODO EN CON/1TACIÓN Se crcteri+n por tener un tiempo de respuest mu- r(pido con respecto l cm1io del sentido de l corriente el"ctric' son cpces de tr16r con se<les de tipo di%itl o ló%ic$ Se 1s en el tiempo de recuperción in#erso ,TRR0' el cul e.pres el tiempo en !ue trd l unión 3N en deslo6r l cr% el"ctric - reci1ir un cm1io de tensión !ue l polri+ en sentido directo cundo est polri+do in#ersmente$ El tiempo de recuperción in#erso ,TRR0 en los diodos de medi potenci es de ns - pr los de 16 potenci' de ns
1NIÓN /ETAL4SE/ICOND1CTOR3 El contcto metl5semiconductor ,S0 6ue% un ppel mu- importnte de un &orm u otr en todos los dispositi#os de estdo sólido ,trnsistori+dos0$ Este #iene siendo el esl1ón cr/tico entre el semiconductor - el mundo e.terno$ El contcto S recti&icdor' 1lndo de diodos como el Sc4ottH- o el diodo S' es encontrdo en #ris estructurs de dispositi#os - es summente importnte en su rmo$ importntes similitudes &/sic - &uncionlmente entre el diodo S - el de unión ,pn o np0$ De 4ec4o' %rn prte del n(lisis de diodo 3N puede plicrse directmente l S sólo con modi&icciones menores$
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UPAO 2015-I ING. ELECTRÓNICA Comen+remos el n(lisis de S est1leciendo el di%rm de ener%/ de e!uili1rio pr un contcto idel$ Con l -ud del di%rm' uno puede distin%uir &(cilmente entre contctos recti&icdores - ó4micos$
CONTACTOS /S IDEALES Un contcto S idel tiene ls propieddes si%uientes2 ,90 el metl - el semiconductor est(n en intimo contcto escl tómic' sin cps de cul!uier otro tipo ,como un ó.ido0 entre los componentes$ ,K0 no 4- nin%un di&usión o me+cldo entre el metl el semiconductor$ ,:0 no 4- impure+s 1sor1ids o cr%s en l super&icie de l internse S$ ? tre inicil es construir el di%rm de 1nd de ener%/ propido pr un S idel 16o condiciones de e!uili1rio$ ?os di%rms de 1nd de ener%/ pr metl el"ctricmente isldo - componentes semiconductores se muestrn en l Li%$ :$;$ En m1os di%rms l l/ne #erticl donde ls 1nds de ener%/ se terminn 1ruptmente represent un super&icie$ ? prte som1red en los di%rms identi&ic estdos permitidos !ue se llenn csi completmente de electrones$
Al%uns ener%/s importntes - sus di&erencis son presentds de mner sencill en l Li%$ :$;$ El 1orde l cim de l l/ne #erticl denot l ener%/ m/nim !ue un electrón de1e poseer pr li1rrse completmente del mteril - se le llm ni#el de #c/o' Eo$ ? di&erenci de ener%/ entre el ni#el del #c/o - el de l ener%/ de Lermi es conocid como l &unción de tr16o ,MorH&untion0 del mteril - se represent con l letr ,&0$ ? &unción de tr16o del metl ,&0 es un propiedd &undmentl del metl especi&icdo$ El rn%o de #lores pr & #n desde :$ eV pr el m%nesio $9 eV pr n/!uel$ por otro ldo l &unción de tr16o del semiconductor' &s' est( compuest de dos prtes distints* eso es
? &inidd del electrón ,electrón &&init-0' c ,E 5 EC0 en l super&icie' - es un propiedd &undmentl del semiconductor especi&icdo$ c $ eV' $: eV' - $; eV pr Ge' Si' - GAs' respecti#mente$ Rec/procmente' ,EC5EL0LB ' l di&erenci de ener%/ !ue 4- entre EC - EL 16o condiciones de cero cmpo' es un &unción clcul1le !ue depende del dop6e del semiconductor$
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UPAO 2015-I ING. ELECTRÓNICA Li%ur :$;$ P Di%rm de 1nds de ener%/ incluids en su super&icie pr metl - un semiconductor tipo N Supon% 4or !ue & Q &S del metl - semiconductor del tipo n de l Li%$ :$; pr &ormr un contcto de S idel$ 3erm/tnos sumir !ue l &ormción del contcto es csi instnt(ne' de tl &orm !ue el trsldo de electrones entre los componentes es despreci1le durnte el proceso de unión$ Si "ste es el cso' entonces un instnte despu"s de l &ormción el di%rm de 1nd de ener%/ pr el contcto ser( como se muestr en l Li%$ :$$9,0$ En est &i%ur los di%rms de 1nd de ener%/ isldos se linen #erticlmente Eo !ue es un ni#el de re&erenci com)n' - simplemente se 6untn l inter&se mutu$ De1e drse "n&sis !ue & - c son constntes del mteril - permnecen in&ectds durnte el proceso de unión$
Li%ur :$7$ P Di%rms de 1nds de ener%/ pr un contcto S idel entre un metl - un semiconductor tipo n* en el sistem ,0 un instnte despu"s de l &ormción del contcto - ,10 16o condiciones de e!uili1rio* el sistem ,c0 un instnte despu"s de l &ormción - ,d0 16o condiciones de e!uili1rio$
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UPAO 2015-I ING. ELECTRÓNICA Ddo !ue ELS es di&erente !ue EL' el contcto S crcteri+do por l Li%$ :$7 ,0 no est( o1#imente en e!uili1rio$ B6o condiciones de e!uili1rio el ni#el de Lermi en un mteril o %rupo de mteriles en contcto /ntimo de1en estr in#rintes en posición$ 3or consi%uiente' un tiempo corto despu"s de l &ormción del contcto' los electrones empe+r(n trns&erirse del semiconductor l metl dndo l situción !ue se present en l Li%$ :$7 ,0$ ? p"rdid net de electrones del semiconductor cre un re%ión de #cimiento de super&icie - un 1rrer creciente l trsldo de electrones del semiconductor l metl$ Esto continur( 4st !ue l ts de trns&erenci por l 6unt se l mism en m1s direcciones - se lo%re un e!uili1rio de tl &orm !ue EL se l mism lo lr%o de l estructur$ El resultdo neto' el di%rm de 1nd de ener%/ e!uili1rd pr un contcto idel de metl - semiconductor tipo n donde & Q &S se muestr en l Li%$ :$7 ,10$ En est &i%ur podemos o1ser#r !ue l/nes como l del ni#el de re&erenci EO - l prte de l l/ne #erticl !ue est( por encim de EC 4n sido remo#ids$
Adem(s note !ue donde &B es l 1rrer de ener%/ de potencil encontrd por los electrones con E EL en el metl$ Linlmente' si el r%umento entero se repite pr un metl - semiconductor del tipo n donde & &S' uno o1tiene el di%rm de 1nd de ener%/ e!uili1rd mostrdo en l Li%$ :$7 ,d0$ 3erm/tnos 4or e.minr culitti#mente el e&ecto de ls dos estructurs S de l Li%$ :$7$ El semiconductor se tom pr ser conectdo tierr - VA se plic l metl$ ? corriente F se de&ine pr ser positi# cundo &lu-e del metl l semiconductor$ Considere primero el contcto de S pr & Q &S$ Aplicndo un VA Q 16 EL de16o de ELS' reduce l 1rrer #ist por electrones en el semiconductor' - por consi%uiente se permite un &lu6o neto de electrones del semiconductor l metl$ Aumentndo VA pro#oc un ele#ción pro%resi# de l corriente' como un incremento e.ponencil del n)mero de electrones del semiconductor cpces de #encer l 1rrer de super&icie$ 3or otro ldo' plicndo un VA le#nt EL por encim de ELS$ Al%unos electrones en el metl podr(n #encer l 1rrer &B$ l corriente in#ers socid de1e ser mu- pe!ue<$ Clrmente' ls crcter/stics recti&icntes similres ls desple%ds por un diodo de unión pn$ El contcto idel de metl con semiconductor tipo n donde & Q &S se identi&ic como un diodo S$ 3or otro ldo l respuest de un contcto S pr & Q &S es consider1lemente di&erente' puesto !ue el contcto present crcter/stics ó4mics' como se demuestr m(s delnte$
DIODOS SC5OTT6Y3 El $io$o Sc.o##78 o $io$o $e +arrera Sc.o##78 ' llmdo s/ en 4onor del &/sico lem(n lter $ Sc4ottH-' es un dispositi#o semiconductor !ue proporcion conmutciones mu- r(pids entre los estdos de conducción direct e in#ers ,menos de 9ns en dispositi#os pe!ue
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UPAO 2015-I ING. ELECTRÓNICA su&icientemente ne%ti# pr !ue pesr de estr polri+do en in#ers "ste opere de &orm similr como lo 4r/ re%ulrmente$
APLICACIONES
?os diodos ener %enern ruido$ 3or es crcter/stic' son usdos en los %enerdores de ruido - puentes de ruido$ Li6dor de ni#el2 Estos circuitos 1sn su &uncionmiento en l cción del diodo' pero l contrrio !ue los limitdores no modi&icr(n l &orm de ond de l entrd' es decir su #olt6e o tipo de corriente el"ctric' sino !ue le <den "st un determindo ni#el de corriente continu$ Esto puede ser necesrio cundo ls #riciones de corriente ltern de1en producirse en torno un ni#el concreto de corriente continu$
TRANSISTORES TRANSISTOR 9IPOLAR DE 1NIÓN Definición: E.isten dos tipos trnsistores2 el N3N - el 3N3' - l dirección del &lu6o de l corriente en cd cso' lo indic l &lec4 !ue se #e en el %r(&ico de cd tipo de trnsistor$
El trnsistor 1ipolr es un mpli&icdor de corriente' esto !uiere decir !ue si le introducimos un cntidd de corriente por un de sus ptills ,1se0' el entre%r( por otr ,emisor0 ' un cntidd m-or "st' en un &ctor !ue se llm mpli&icción$
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UPAO 2015-I ING. ELECTRÓNICA Polarización $e la" )nione" en )n #ran"i"#or 9T PNP
1nión E 9 ? unión E5B est polri+d directmente - l 1rrer de potencil en l unión es estrec4' lo !ue permite l conducti#idd de1id los portdores m-oritrios del mteril tipo 3 l mteril tipo N$
1nión 9 C ? unión B5C est polri+d in#ersmente - no 4- conducción de1ido l &lu6o de portdores m-oritrios' pero si se present un &lu6o de portdores minoritrios del mteril tipo N l mteril tipo 3$
Con$)cción $e corrien#e3 IE ; I9 < IC
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UPAO 2015-I ING. ELECTRÓNICA Polarización $e la" )nione" en )n #ran"i"#or 9T NPN
Relación en#re la" corrien#e" 9T ? ecución de corrientes en el BJT es2 IE IB 8 IC' l corriente IB es mu- pe!ue<' de1ido l 16 conducti#idd de l cp Bse' lo !ue 4ce IE IC con IE m-or !ue IC' por los ni#eles de impuri&icción de ls cps Emisor - Colector$ Entonces2
? relción entre ls corrientes en el BJT indicn !ue el mismo es un dispositi#o controldor por corriente' - !ue un corriente pe!ue< ,IB0 control un corriente m-or ,IE' IC0 lo !ue permite e.presr l dispositi#o como un mpli&icdor de se<les$
Confi-)ración $el 9T co*o a*%lifica$or $e "e=ale" Un mpli&icdor es un dispositi#o !ue ele# o ument l m%nitud de un se<l de entrd sin modi&icr su &orm de ond$
Confi-)ración $el 9T co*o a*%lifica$or $e "e=ale" En el mpli&icdor ls se<les son medids con respecto un punto com)n - en #ist de !ue el trnsistor es un dispositi#o de tres terminles' su uso en los mpli&icdores re!uiere !ue uno de sus terminles se com)n los otros dos$
Con&i%urción Bse Com)n Con&i%urción Emisor Com)n Con&i%urción Colector Com)n
Confi-)ración $e +a"e co*>n
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UPAO 2015-I ING. ELECTRÓNICA Lctor de mpli&icción de corriente de 1se com)n
Est con&i%urción no produce %nnci de corriente' pero si de tensión$ En l con&i%urción 1se com)n' los #lores de corriente de slid' mpli&icción o me6or dic4o es reducción siempre son menores 9 ,no re!uiere decir !ue tendremos corrientes de 9 A' si no !ue l corriente de colector 1se ser( menor l corriente de emisor 1se$
Confi-)ración $e e*i"or co*>n Lctor de mpli&icción de corriente de emisor com)n
Confi-)ración $e colec#or co*>n Lctor de mpli&icción de corriente de emisor com)n
F1NCIONA/IENTO DEL TRANSISTOR 9IPOLAR3
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#2
UPAO 2015-I ING. ELECTRÓNICA El trnsistor 1ipolr es un dispositi#o de tres terminles %rcis l cul es posi1le controlr un %rn potenci prtir de un pe!ue<$ En l &i%ur se puede #er un e6emplo culitti#o del &uncionmiento del mismo$ Entre los terminles de colector ,C0 - emisor ,E0 se plic l potenci re%ulr' - en el terminl de 1se ,B0 se plic l se<l de control %rcis l !ue controlmos l potenci$ Con pe!ue<s #riciones de corriente tr#"s del terminl de 1se' se consi%uen %rndes #riciones tr#"s de los terminles de colector - emisor$ Si se coloc un resistenci se puede con#ertir est #rición de corriente en #riciones de tensión se%)n se necesrio$
C1R?AS CARACTERÍSTICAS I4? DE LOS TRANSISTORES 9IPOLARES
C)r'a" carac#er("#ica" en +a"e co*>n @3 C)r'a" carac#er("#ica" $e en#ra$a El si%uiente circuito permitir( o1tener ls cur#s crcter/stics de entrd$ En ls cur#s crcter/stics de entrd en 1se com)n se represent2
Ie ; f ?e+, ?c+& 3odremos o1ser#r !ue es como si tu#i"semos l cur# crcter/stic correspondiente l unión de emisor Ie ; f ?e+&B, sin em1r%o' l relción entre ests dos #ri1les se #e in&luencid por l tensión !ue tenemos l slid ,Vc10$ As/' no tenemos un )nic cur#' sino !ue tenemos un &mili de cur#s en &unción de l tensión Vc1$
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#3
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3 C)r'a" carac#er("#ica" $e "ali$a El si%uiente circuito permitir( o1tener ls cur#s crcter/stics de slid$
En ls cur#s crcter/stics de slid en 1se com)n se represent2
Ic ; f ?c+, Ie&
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#4
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En ests cur#s precen di&erencids ls tres +ons de inter"s pr(ctico del trnsistor2 corte' sturción - cti#$
C)r'a" carac#er("#ica" en e*i"or co*>n @3 C)r'a" carac#er("#ica" $e en#ra$a El si%uiente circuito permitir( o1tener ls cur#s crcter/stics de entrd$
En ls cur#s crcter/stics de entrd en emisor com)n se represent2
I+ ; f ?+e, ?ce&
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#5
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3 C)r'a" carac#er("#ica" $e "ali$a El si%uiente circuito permitir( o1tener ls cur#s crcter/stics de slid$
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#6
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En ls cur#s crcter/stics de slid en emisor com)n est( dd por2
Ic ; f ?ce, I+&
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/ODELOS DE PE01E2A SE2AL3 El n(lisis de pe!ue< se<l de un pr Drlin%ton se puede reli+r prtir de los modelos de pe!ue< se<l de los trnsistores W9 - WK$ En l &i%ur K$9 se indic el circuito en pr(metros 4 o1tenido l sustituir cd uno de los trnsistores por su modelo de pe!ue< se<l* pr simpli&icr el n(lisis - los c(lculos se 4n desprecido los e&ectos de los pr(metros 4 re - el 4 oe9$ Este modelo completo result demsido complicdo incluso con ls pro.imciones reli+ds' pr usrlo en el n(lisis de mpli&icdores$ 3or ello' se o1tiene un modelo e!ui#lente simpli&icdo en pr(metros XY o1tenido prtir del modelo completo$
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Z .ie: Impednci de entrd e!ui#lente del pr Drlin%ton$ Este pr(metro se de&ine
como
pero el circuito de l &i%ur
K$9 #eri&ic
resultndo !ue Z .fe Gnnci en Drlin%ton$ Este pr(metro se de&ine como
intensidd
del
pr
Del circuito de l &i%ur K$9 se puede e.trer !ue
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TRANSISTOR 9IPOLAR EN CON/1TACIÓN ? conmutción se puede descri1ir de un &orm sencill como l posi1ilidd de un dispositi#o de saltar o cm1ir entre dos posiciones o dos estdos distintos ,!ue podemos llmr AltoFB6o' OnFO&&' rc4F3ro' 9F' etc$0 de un &orm m(s o menos r(pid$ En el cso de los trnsistores' m1os estdos se identi&icn con ls situciones de Sturción - Corte$ 3r un trnsistor 1ipolr' l operción de conmutción es l si%uiente2 cundo l 1se est( unos '; #oltios por encim del emisor ,- se suministr corriente su&iciente l 1se0 el trnsistor conduce - entr en sturción$ En est situción' el trnsistor se comport idelmente como un interruptor cerrdo entre el colector - el emisor' como ilustr l &i%ur 9$$ Cundo l 1se est( menos de '; V por encim del emisor' el trnsistor no conduce - se comport como un interruptor 1ierto entre el colector - el emisor$
APLICACIÓN
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UPAO 2015-I ING. ELECTRÓNICA ?s plicciones t/pics de este modo de operción son l electrónica de potencia - l electrónica digital ' en l !ue los circuitos opern con dos ni#eles de tensión &i6os e!ui#lentes l -
ló%icos$
TRANSISTORES 1NIPOLARES Ó DE EFECTO DE CA/PO3 El #ran"i"#or $e efec#o ca*%o es en relidd un &mili de trnsistores !ue se 1sn en el cmpo el"ctrico pr controlr l conducti#idd de un cnl en un mteril semiconductor $ ?os LET pueden plnterse como resistencis controlds por di&erenci de potencil$
FENO/ENO DE COND1CTI?IDAD El &uncionmiento del trnsistor de e&ecto de cmpo es distinto l del BJT$ En los OSLET' l puert no 1sor1e corriente en 1soluto' &rente los BJT' donde l corriente !ue tr#ies l 1se' pese ser pe!ue< en comprción con l !ue circul por ls otrs terminles' no siempre puede ser desprecid$ ?os OSLET' dem(s' presentn un comportmiento cpciti#o mu- cusdo !ue 4- !ue tener en cuent pr el n(lisis - dise
APLICIONES
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?os trnsistores de e&ecto de cmpo OS son usdos e.tens/simmente en electrónic di%itl' - son el componente &undmentl de los circuitos inte%rdos o chips di%itles$ El trnsistor de e&ecto de cmpo se comport como un interruptor controldo por tensión' donde el #olt6e plicdo l puert permite 4cer !ue &lu- o no corriente entre drendor - &uente$
CAPACIDAD DE /OS IDEAL DEFINICIÓN: Un estructur OS ,etl5O.ide5Semiconductor0 es un dispositi#o electrónico &ormdo por un sustrto de silicio dopdo' so1re el cul se 4ce crecer un cp de ó.ido ,SiOK0$ ?os elementos se contctn con dos terminles met(lics llmds sustrto - compuert$ ? estructur se compr con un condensdor de plcs prlels'
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UPAO 2015-I ING. ELECTRÓNICA en donde se reempl+ un de ls plcs por el silicio semiconductor del sustrto' - l otr por un metl' un!ue en l pr(ctic se us poli silicio' es decir' un poli cristl de silicio$
FENÓ/ENO DE COND1CCIÓN ? estructur NOS est( &ormd por un sustrto de silicio dopdo con 4uecos$ Al plicr un potencil de compuert positi#o' los electrones presentes en el sustrto ,portdores minoritrios0 son tr/dos 4ci l cp de ó.ido de compuert$ Al mismo tiempo' los 4uecos son repelidos de l cp de ó.ido de compuert de1ido !ue el potencil positi#o los le6$ Esto ocsion un cumulción de electrones en l cercn/ del ó.ido' en donde el silicio present un e.ceso de electrones - por lo tnto es de tipo n$ ? in#ersión del dopdo en el silicio ,!ue ntes er de tipo p0 es lo !ue le d ori%en l nom1re de est re%ión$ Tm1i"n se produce un re%ión de %otmiento de portdores en ls cercn/s del ó.ido' de1ido !ue los 4uecos del sustrto se recom1inn con los electrones tr/dos$ De mner n(lo%' un estructur 3OS est( &ormd por un sustrto de silicio dopdo con electrones$ Al plicr un potencil de compuert ne%ti#o' los 4uecos presentes en el sustrto ,portdores minoritrios0 son tr/dos 4ci l cp de ó.ido de compuert$ ?os electrones son repelidos del ó.ido de compuert de1ido !ue el potencil ne%ti#o los le6$ ?os 4uecos se cumuln en l cercn/ del ó.ido' en donde el silicio cumul un e.ceso de 4uecos - por lo tnto se comport como un mteril de tipo p$ ? recom1inción de 4uecos - electrones produce un re%ión de %otmiento$ ? tensión positi# plicd en l compuert de un estructur 3OS se distri1u-e tr#"s de ls cps de mteriles de cuerdo con l si%uiente ecución$
CAPACIDAD /OS REAL: En un condensdor de cpcidd C' prece un cr% W' dd por l e.presión2 Q=C·V ' donde V es l tensión entre rmdurs$ En el condensdor OS' l tensión entre l puert - el sustrto 4ce !ue d!uier l cr% W' !ue prece m1os ldos del ó.ido$ 3ero en el cso del semiconductor esto si%ni&ic !ue l concentrción de portdores 16o l puert #r/ en &unción de l tensión plicd "st$ Im%inemos !ue tenemos el sustrto de silicio tipo p' es decir' conteniendo un e.ceso de 4uecos$ ?o conectmos V' - tenemos l puert tm1i"n conectd V$ En ests condiciones' no e.iste un #rición en l concentrción de 4uecos$ Cundo #mos umentndo l tensión de puert' el condensdor se # cr%ndo' con cr% positi# en l prte de l puert - ne%ti# en el sustrto !ue' en nuestro cso de semiconductor p' si%ni&ic !ue el n)mero de 4uecos # disminu-endo 4st lcn+r l cr% correspondiente l tensión de puert$ Este modo de &uncionmiento se llm de ple.ión' #cimiento o empo1recimiento$ 3odemos continur umentndo l tensión de puert 4st !ue - no !ueden 4uecos en l 1nd de conducción - el sustrto 16o l puert se #uel#e islnte$
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UPAO 2015-I ING. ELECTRÓNICA 3ero' si continumos umentndo tod#/ m(s l tensión' el condensdor OS necesit m(s cr%' !ue los 4uecos - no pueden proporcionrle' por lo !ue precen electrones en l 1nd de conducción' pesr de ser el sustrto tipo p$ Este &enómeno se llm in#ersión - permite &ormr cnles tipo n dentro de semiconductores p$ Cunto m(s umentmos l tensión' m-or cr% introducimos - m(s #n+ l cp de in#ersión dentro del sustrto' con lo !ue l +on 16o l puert se # 4ciendo cd #e+ m(s conductor$ Vol#mos poner l puert V - #-mos polri+(ndol con #lores ne%ti#os$ A4or l cr% en el sustrto es positi# - el n)mero de 4uecos ument' con lo !ue l conducti#idd' tm1i"n$ Este modo de &uncionmiento se llm de cumulción o enri!uecimiento' pues se ument el n)mero de portdores$
APLICACIONES ?s estructur OS es de %rn importnci dentro de los dispositi#os de estdo solido pues &orm los trnsistores OSLET' &uncionndo como condensdor es respons1le de lmcenr l cr% correspondiente los de l memoris tm1i"n se utili+ como condensdores de precisión en electrónic nló%ic - microonds $
TRANSISTOR /OSFET Definición: ?os trnsistores OSLET o etl5O.ido5Semiconductor ,OS0 son dispositi#os de e&ecto de cmpo !ue utili+n un cmpo el"ctrico pr crer un cnl de conducción$ Son dispositi#os m(s importntes !ue los JLET - !ue l m-or prte de los circuitos inte%rdos di%itles se constru-en con l tecnolo%/ OS$ E.isten dos tipos de trnsistores OS2 OSLET de cnl N o NOS - OSLET de cnl 3 o 3OS$ A su #e+' estos trnsistores pueden ser de cumulción ,en4ncement0 o deple.ion ,deple.ion0* en l ctulidd los se%undos est(n pr(cticmente en desuso !u/ )nicmente ser(n descritos los OS de cumulción tm1i"n conocidos como de enri!uecimiento$
Si*+olo-(a:
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UPAO 2015-I ING. ELECTRÓNICA A%licacione": 5? &orm m(s 41itul de empler trnsistores OSLET es en circuitos de tipo COS$ Consistentes en el uso de trnsistores 3S - NOS complementrios$ ?s plicciones de OSLET m(s comunes son2 5Resistenci controld por tensión 5Circuitos de conmutcion de potenci 5e+cldores de &recuenci' con mos&et de do1le puert
Tran"i"#or FET Definición El trnsistor JLET ,Junction Lield E&&ect Trnsistor0 constitu-e un tipo de LET de puert de unión' esto es' entre l puert - el cnl conductor tenemos un unión pn$ 3r su estudio se se%uir(n los mismos psos !ue en el cso del OSLET2 estudio de su constitución o estructur' principios de &uncionmiento - cur#s crcter/stics$ Adelntndo resultdos #eremos !ue un JLET es un dispositi#o e!ui#lente un OSLET de deple.ión' con l%uns prticulriddes !ue se comentr(n posteriormente$
ESTR1CT1RA DE 1N FET Se # reli+r el estudio de un JLET de cnl n$ En l Li%ur 9$9 puede o1ser#rse su estructur t/pic' representción unidimensionl ,m(s did(ctic0 - s/m1olo de circuito$
PRINCIPIOS DE F1NCIONA/IENTO Se # descri1ir el &uncionmiento de un JLET de cnl n$ Si el JLET es de cnl p' el estudio es i%ulmente #(lido sin m(s !ue cm1ir el sentido de ls tensiones corrientes$
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UPAO 2015-I ING. ELECTRÓNICA En este cso' ls uniones de puert5cnl est(n polri+ds directmente' por lo !ue circulr( un %rn cntidd de corriente tr#"s de l puert$ Este &uncionmiento no es el !ue se 1usc en el JLET' por lo !ue en los dise
Si Vds ' el dispositi#o se encuentr en e!uili1rio termodin(mico por lo !ue Id $ En este cso' el cnl entre ls dos uniones de puert est( totlmente 1ierto$
Si Vds empie+ tomr #lores positi#os pe!ue
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UPAO 2015-I ING. ELECTRÓNICA Si Vds si%ue umentndo de mner !ue sus #lores empie+n ser not1les Id' tm1i"n umentr( pero l c/d ó4mic de tensión lo lr%o del cnl empe+r( modulr el cnl$ E&ecti#mente' en l +on de drendor prece l unión se encuentr polri+d in#ersmente' con un +$c$e$ creciente' - el cnl se empe+r( contrer en dic4 +on $ Como consecuenci de est contrcción' l resistenci del cnl ument ls crcter/stics Id P Vds su#i+n su pendiente$ Nos encontrmos en l REGIÓN GRADUA?
Si se%uimos umentndo los #lores de Vds' lle%r( un momento en el !ue el cnl se contri% por completo ,Li%ur 9$0' - por lo tnto' l cone.ión entre l &uente - el drendor desprece por completo$ Se dice !ue el cnl se 4 [estrn%uldo\ o [pinc4do\$ ? tensión Vds l !ue tiene lu%r este &enómeno se denomin [tensión de drendor de sturción\' Vds $ En est situción' l pendiente de ls crcter/stics Id5 Vds se 4ce pro.imdmente cero' Li%ur 9$7$ Nos encontrmos en el punto de cm1io de l REGIÓN GRADUA? l REGIÓN DE SATURACIÓN$
En l Li%ur 9$7 se 4 representdo l crcter/stic Id 5Vd de un JLET de cnl n indicndo cd un de ls re%iones de &uncionmiento$
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UPAO 2015-I ING. ELECTRÓNICA En l Li%ur 9$ pueden o1ser#rse di&erentes cur#s crcter/stics' en l re%ión linel' pr di&erentes #lores de tensión V%s plicd$ 3uede precirse el umento de l resistenci del cnl ,de1ido su contrcción uni&orme por l V%s plicd0' medid !ue se ument V%s$ Esto 4ce !ue' en circuitos inte%rdos' el JLET pued ser utili+do como un resistenci cundo est( operndo en l re%ión linel$
C1R?AS CARACTERÍSTICAS DE 1N FET En ls crcter/stics de slid pueden o1ser#rse ls di&erentes re%iones de &uncionmiento comentds nteriormente2
Re%ión %rdul' !ue inclu-e l re%ión purmente ó4mic o linel$ Re%ión de sturción$ Re%ión de ruptur$ Re%ión de corte' V%s Q Vt$
En ests cur#s' se 4 incluido l crcter/stic correspondiente un V GS $K# ,polri+ción direct de l unión de puert0$ En tl cso' l corriente de puert I% ser/ mu- pe!ue<$
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Como puede o1ser#rse' ls cur#s o1tenids pr el JLET son e!ui#lentes ls del OSLET de deple.ión o empo1recimiento' con l sl#edd de !ue en los JLET no se puede umentr l nc4ur del cnl con respecto l situción de e!uili1rio$
TRANSISTOR /ESFET DEFENICION El ESDEL &ue propuesto por med en el 9' - un!ue su &uncionmiento es conceptulmente similr l JLET discutido m(s rri1' desde un punto de #ist pr(ctico puede operr &recuencis 1stnte m(s lts' en l re%ión de ls microonds$ A di&erenci del JLET' el electrodo de puerto est( &ormdo por un unión metlFsemiconductor ,de 4/ el nom1re de ESLET0 de tipo Sc4ottH- en lu%r de un unión p5n' como se puede precir$
FENO/ENO DE COND1CCION ?os OSLET son construidos en csi su totlidd prtir de rseniuro de %lio en lu%r de silicio$ ?s #ent6s de l utili+ción de rseniuro de %lio son #ris
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En el rn%o de operción )til$ ?os electrones del rseniuro de %lio presentn un mo#ilidd de $7mK#59s59' es decir uns cinco #eces superior l del silicio$ ? #elocidd de rrstre m(.im de los electrones por un cmpo el"ctrico es en el GAs lrededor del do1le de l de los electrones en el Si$ ?os ESLET se &1ricn depositndo un cp epit.il de GAs dopd con#enientemente so1re un sustrctor de GAs con propieddes semi islntes' de este modo ls cpciddes prsits entre el sustrto - los contctos met(licos de los electrodos son mu- 16o
APLICACIONES Todo ello 4ce posi1le construir 4o- d/ mpli&icdores !ue puedn operr 4st &recuenci de +$ s/ como circuitos di%itles de mu- lt #elocidd$ De1ido tods ests crcter/stics el GAs est( sustitu-endo #ent6osmente l Si en l%uns plicciones especiles
TIRISTORES Un tiristor es uno de los tipos m(s importntes de los dispositi#os semiconductores de potenci$ ?os tiristores se utili+n en &orm e.tens en los circuitos electrónicos de potenci$ Se opern como conmutdores 1iest1les' psndo de un estdo no conductor un estdo conductor$ Un Tiristor es dispositi#o semiconductor de cutro cps de estructur pnpn con tres uniones pn tiene tres terminles2 (nodo c(todo - compuert$ ? &i%$ 9 muestr el s/m1olo del tiristor - un sección rect de tres uniones pn$ ?os tiristores se &1ricn por di&usión$
Fi-3 @
FENO/ENO DE COND1CCION Cundo el #olt6e del (nodo se 4ce positi#o con respecto l c(todo' ls uniones J9 - J: tienen polri+ción direct o positi#$ ? unión JK tiene polri+ción in#ers' - solo &luir( un pe!ue< corriente de &u% del (nodo l c(todo$ Se dice entonces !ue el tiristor est( en condición de 1lo!ueo directo o en estdo descti#do llm(ndose l corriente &u% corriente de estdo incti#o ID$ Si el #olt6e (nodo c(todo VA] se increment un #lor lo su&icientemente %rnde l unión JK polri+d in#ersmente entrr( en
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UPAO 2015-I ING. ELECTRÓNICA ruptur$ Esto se conoce como ruptur por #lnc4 - el #olt6e correspondiente se llm #olt6e de ruptur direct VBO$ Ddo !ue ls uniones J9 - J: - tienen polri+ción direct' 41r( un mo#imiento li1re de portdores tr#"s de ls tres uniones !ue pro#ocr( un %rn corriente direct del (nodo$ Se dice entonces !ue el dispositi#o est( en estdo de conducción o cti#do$ ? c/d de #olt6e se de1er( l c/d ó4mic de ls cutro cps - ser( pe!ue<' por lo com)n 9V$ En el estdo cti#o' l corriente del (nodo est( limitd por un impednci o un resistenci e.tern' R?' tl - como se muestr en l &i%$ K$ ? corriente del (nodo de1e ser m-or !ue un #lor conocido como corriente de en%nc4e I?' &in de mntener l cntidd re!uerid de &lu6o de portdores tr#"s de l unión* de lo contrrio' l reducirse el #olt6e del (nodo l c(todo' el dispositi#o re%resr( l condición de 1lo!ueo$ ? corriente de en%nc4e' I?' es l corriente del (nodo m/nim re!uerid pr mntener el tiristor en estdo de conducción inmeditmente despu"s de !ue 4 sido cti#do - se 4 retirdo l se<l de l compuert$
Li%$ K
Un #e+ !ue el tiristor es cti#do' se comport como un diodo en conducción - - no 4- control so1re el dispositi#o$ El tiristor se%uir( conduciendo' por!ue en l unión JK no e.iste un cp de %otmiento de #id mo#imientos li1res de portdores$ Sin em1r%o si se reduce l corriente direct del (nodo por de16o de un ni#el conocido como corriente de mntenimiento I ' se %ener un re%ión de %otmiento lrededor de l unión JK de1id l n)mero reducido de portdores* el tiristor estr( entonces en estdo de Esto si%ni&ic !ue I? 1lo!ueo$ ? corriente de mntenimiento es del orden de los milimperios - es menor !ue l corriente de en%nc4e' I?$ QI $ ? corriente de mntenimiento I es l corriente del (nodo m/nim pr mntener el tiristor en estdo de r"%imen permnente$ ? corriente de mntenimiento es menor !ue l corriente de en%nc4e$
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UPAO 2015-I ING. ELECTRÓNICA Cundo el #olt6e del c(todo es positi#o con respecto l del (nodo' l unión JK tiene polri+ción direct' pero ls uniones J9 - J: tienen polri+ción in#ers$ Esto es similr dos diodos conectdos en serie con un #olt6e in#erso tr#"s de ellos$ El tiristor estr( en estdo de 1lo!ueo in#erso - un corriente de &u% in#ers' conocid como corriente de &u% in#ers IR' &luir( tr#"s del dispositi#o$
Li%$ :
APLICACIÓN
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3r muc4s plicciones se puede suponer !ue los Tiristores son interruptores o conmutdores ideles' un!ue los tiristores pr(cticos e.4i1en cierts crcter/stics - limitciones$ ?os tiristores pueden ser usdos tm1i"n como elementos de control en controldores cciondos por (n%ulos de &se' esto es un modulción por nc4o de pulsos pr limitr el #olt6e en corriente ltern$
C1ESTIONARIO 1.- ¿Qué es un semiconductor?
Es un elemento !ue se comport como un conductor o como un islnte dependiendo de di#ersos &ctores' como por e6emplo el cmpo el"ctrico o m%n"tico' l presión' l rdición !ue le incide' o l tempertur del m1iente en el !ue se encuentre$ 2.- ¿Cuál es la diferencia entre un semiconductor intrínseco y uno extrínseco?
Se*icon$)c#ore" in#r(n"eco": un semiconductor intr/nseco es un semiconductor puro' cundo se le plic un tensión e.tern los electrones li1res &lu-en 4ci el terminl positi#o de l 1ter/ - los 4uecos 4ci el terminl ne%ti#o de l 1ter/$ Se*icon$)c#or e!#r(n"eco: es !uel !ue se puede dopr prt tener un e.ceso de electrones li1res o un e.ceso de 4uecos$ A!u/ encontrremos dos tipos de unión en el !ue es l unión tipo p l unión tipo n$ Sucede !ue los semiconductores intr/nsecos ct)n como un islnte en el cso del
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UPAO 2015-I ING. ELECTRÓNICA silicio cundo es un cristl puro' 4or cundo lo dopmos con impure+s se lle% l mteril e.tr/nseco - en ese cso tendremos un mteril semiconductor por e6emplo un diodo$ 3.- ¿Qué es una corriente de huecos?
? corriente en un semiconductor' di&iere de l !ue &lu-e en un mteril conductor - !ue en este lo !ue circuln son los electrones li1res - en cm1io' en un semiconductor l corriente &lu-e %rcis los 4o-os o 4uecos en ls uniones co#lentes del %ermnio o del silicio se%)n se de lo !ue est( constituido el elemento$ En el semiconductor' como se desprendieron l plicrse un potencil los electrones de #lenci !ue se li1erron de sus uniones co#lentes pueden &ormr un corriente pero como 4- 4uecos' otros electrones de #lenci se despl+n pr llenrlos - no necesitn un potencil mu- ele#do pr !ue los electrones de #lenci se desplcen un cp continu ,Bnd pro4i1id o 1nd de #lenci0 - !ue el 4ueco lo tre - le proporcion l &uer+ necesri pr dr el slto$ El 4ueco !ue !ued l romperse un unión co#lente ct) so1re "l como un cr% positi# - se consider s/ como mo#imiento de un cr% positi#$ 4.- ¿ !ué se llaman "ortadores minoritarios?
En electrónic espec/&icmente en teor/ de semiconductores' se denominn portdores minoritrios ls prt/culs cu(ntics encr%ds del trnsporte de corriente el"ctric !ue se encuentrn en menor proporción en un mteril semiconductor dopdo como tipo N o tipo 3$ #.- ¿Qué ti"o de estructura electr$nica y at$mica tiene el %ilicio?
Como podemos o1ser#r en el di1u6o' el tomo de silicio present un enlce co#lente' esto !uiere decir !ue cd tomo est unido otros cutro tomos - comprtiendo sus electrones de #lenci' necesit 7 e
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UPAO 2015-I ING. ELECTRÓNICA Cundo !ueremos usr el silicio como semiconductor e.trinseco' se colocn impure+s en el enlce co#lente' lo cul 4ce !ue se ms &cil %nr o perder un lectron$ 3ero esto' lo #eremos l p%in destind l union N53$ &.- ¿Qué es la 'anda "rohi'ida en un semiconductor?
3or l teor/ de 1nds de sólidos' se s1e !ue los semiconductores tienen un 1nd pro4i1id entre ls 1nds de #lenci - conducción$ El tm
El silicio es un semiconductor* su resisti#idd l corriente el"ctric tempertur m1iente #r/ entre l de los metles - l de los islntes$ ? conducti#idd del silicio se puede controlr <diendo pe!ue<s cntiddes de impure+s llmds dopntes$ ? cpcidd de controlr ls propieddes el"ctrics del silicio - su 1undnci en l nturle+ 4n posi1ilitdo el desrrollo - plicción de los trnsistores - circuitos inte%rdos !ue se utili+n en l industri electrónic$ +.- ¿Qué son las 'andas de ener,ía?
? teor/ de 1nds est( 1sd en l mec(nic cu(ntic - procede de l teor/ de los or1itles moleculres ,TO0$ En est teor/' se consider el enlce met(lico como un cso e.tremo del enlce co#lente' en el !ue los electrones de #lenci son comprtidos de &orm con6unt - simult(ne por todos los ctiones$ Desprecen los or1itles tómicos - se &ormn or1itles moleculres con ener%/s mu- precids' tn pró.ims entre ells !ue todos en con6unto ocupn lo !ue se &rn6 de denomin un [1nd de ener%/\$ Aun!ue los electrones #n llenndo los or1itles moleculres en orden creciente de ener%/' ests son tn pró.ims !ue pueden ocupr cul!uier posición dentro de l 1nd$ ? 1nd ocupd por los or1itles moleculres con los electrones de #lenci se llm 1nd de #lenci' mientrs !ue l 1nd &ormd por los or1itles moleculres #c/os se llm 1nd de conducción$ A #eces' m1s 1nds se solpn ener%"ticmente 41lndo$ .- escri'a a un semiconductor / y a un semiconductor 0
Se*icon$)c#or #i%o P Un Semiconductor tipo 3 se o1tiene lle#ndo c1o un proceso de dopdo' <diendo un cierto tipo de (tomos l semiconductor pr poder umentr el n)mero de portdores
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UPAO 2015-I ING. ELECTRÓNICA de cr% li1res ,en este cso positi#os o 4uecos0$ Cundo se <de el mteril dopnte li1er los electrones m(s d"1ilmente #inculdos de los (tomos del semiconductor$ Este %ente dopnte es tm1i"n conocido como mteril ceptor - los (tomos del semiconductor !ue 4n perdido un electrón son conocidos como 4uecos$ El propósito del dop6e tipo 3 es el de crer 1undnci de 4uecos$ En el cso del silicio' un (tomo tetr#lente ,t/picmente del %rupo 9 de l t1l periódic0 se le une un (tomo con tres electrones de #lenci' tles como los del %rupo 9: de l t1l periódic ,e6$ Al' G' B' In0' - se incorpor l red cristlin en el lu%r de un (tomo de silicio' entonces ese (tomo tendr( tres enlces co#lentes - un 4ueco producido !ue se encontrr( en condición de ceptr un electrón li1re$ As/ los dopntes cren los 4uecos$ No o1stnte' cundo cd 4ueco se 4 despl+do por l red' un protón del (tomo situdo en l posición del 4ueco se #e e.puesto - en 1re#e se #e e!uili1rdo como un ciert cr% positi#$ Cundo un n)mero su&iciente de ceptores son <didos' los 4uecos supern mplimente l e.citción t"rmic de los electrones$ As/' los 4uecos son los portdores m-oritrios' mientrs !ue los electrones son los portdores minoritrios en los mteriles tipo 3$ ?os dimntes +ules ,tipo II10' !ue contienen impure+s de 1oro ,B0' son un e6emplo de un semiconductor tipo 3 !ue se produce de mner nturl$
Se*icon$)c#or #i%o N Un Semiconductor tipo N se o1tiene lle#ndo c1o un proceso de dopdo <diendo un cierto tipo de (tomos l semiconductor pr poder umentr el n)mero de portdores de cr% li1res ,en este cso ne%ti#os o electrones0$ Cundo se <de el mteril dopnte' port sus electrones m(s d"1ilmente #inculdos los (tomos del semiconductor$ Este tipo de %ente dopnte es tm1i"n conocido como mteril donnte' - !ue d l%unos de sus electrones$ El propósito del dop6e tipo n es el de producir 1undnci de electrones portdores en el mteril$ 3r -udr entender cómo se produce el dop6e tipo n consid"rese el cso del silicio ,Si0$ ?os (tomos del silicio tienen un #lenci tómic de cutro' por lo !ue se &orm un enlce co#lente con cd uno de los (tomos de silicio d-centes$ Si un (tomo con cinco electrones de #lenci' tles como los del %rupo 9 de l t1l periódic ,e6$ &ós&oro ,30' rs"nico ,As0 o ntimonio ,S100' se incorpor l red cristlin en el lu%r de un (tomo de silicio' entonces ese (tomo tendr( cutro enlces co#lentes - un electrón no enl+do$ Este electrón e.tr d como resultdo l &ormción de electrones li1res' el n)mero de electrones en el mteril super mplimente el n)mero de 4uecos' en ese cso los electrones son los portdores m-oritrios - los 4uecos son los portdores minoritrios$ A cus de !ue los (tomos con cinco electrones de #lenci tienen un electrón e.tr !ue dr' son llmdos (tomos dondores$ Nótese !ue cd electrón li1re en el semiconductor nunc est( le6os de un ion dopnte positi#o inmó#il' - el mteril dopdo tipo N %enerlmente tiene un cr% el"ctric net &inl de cero$
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UPAO 2015-I ING. ELECTRÓNICA 1.- ¿Qué es la ona de a,otamiento en una uni$n 0/?
? +on de %otmiento tm1i"n conocido como 1rrer intern de potencil' +on de cr% depleción o #cido' etc$ Es un re%ión isld li1re de portdores ener%"ticos' el cul se ori%in lrededor del punto de unión de los dos mteriles semiconductores dopdos* cu- &unción es le6r los portdores de cr% ener%"tic ,electrones [n\0 del punto de unión 3N cundo el diodo no se encuentr ener%i+do con l tensión su&iciente o cundo se ener%i+ con un tensión in#erso$
11.- ¿Qué es la 'arrera de "otencial en una uni$n 0/?
Cundo los dipolos tienen un cmpo el"ctrico entre los iones positi#o - ne%ti#o' - l entrr los electrones li1res en l +on de %otmiento* el cmpo el"ctrico trt de de#ol#erlos l +on n$ ? intensidd del cmpo el"ctrico ument con cd electrón !ue cru+ 4st lle%r l e!uili1rio$ El cmpo el"ctrico entre los iones es e!ui#lente un di&erenci de potencil llmd [Brrer de 3otencil\ !ue KC es2 •
$: V pr diodos de Ge$
•
$; V pr diodos de Si$
12.- ¿0or !ué no hay conducci$n de corriente cuando se "olaria in)ersamente un diodo?
En polri+ción in#ers es m(s di&/cil l conducción' por!ue el electrón li1re tiene !ue su1ir un 1rrer de potencil mu- %rnde de n p l ser m-or el #lor de $ Entonces no 4- conducción de electrones li1res o 4uecos' no 4- corriente$
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