DEMANDAS DEL DISPOSITIVO

1. DEMANDAS DEL DISPOSITIVO • DETECCIÓN/RECEPCIÓN DE INFORMACIÓN. Los dispositivos deben ser capaces de detectar información que pudiera haberse originado a cualquier distancia. Los diodos, transistores y fotodetectores realizan la tarea de la detección de señales de diversas clases. • AMPLIFICACIÓN DE LA INFORMACIÓN. Con frecuencia la información recibida por un dispositivo es muy débil y debe amplificarse para ser útil. El dispositivo debe tener “ganancia” .

2. DEMANDAS DEL DISPOSITIVO Esto significa que una entrada de señal débil resultaría en una señal de salida grande con mínima distorsión.

3. DEMANDAS DEL DISPOSITIVO Los dispositivos también deben tener ganancia y una respuesta no lineal de modo que los niveles pequeños de ruido en la entrada no ocasionen errores a la salida. Adicionalmente, habría aislamiento de entrada-salida de manera que la salida no afecte la información que entra.

4. DEMANDAS DEL DISPOSITIVO • GENERACIÓN DE LA INFORMACIÓN. Otra demanda importante para los dispositivos es que sean capaces de generar información. Con frecuencia esto involucra el tomar un flujo de información entrante y generar un flujo saliente de información electrónica u optoelectrónica.

5. NECESIDADES DE LAS UNIONES • Una característica esencial de un dispositivo electrónico debe ser la capacidad para alterar el “estado” del dispositivo (ejemplo conductividad). • Uno de los requerimientos importantes de los buenos dispositivos es la respuesta no lineal. Una clase importante de respuestas no lineales es una respuesta de rectificación en la cual el flujo es “fácil” en una dirección pero “difícil” en la otra.

6. NECESIDADES DE LAS UNIONES • Un semiconductor sencillo (adulterado o no adulterado) no tiene ninguna dirección selectiva de esta clase. De hecho, un simple segmento de un semiconductor (extrínseco o intrínseco) no pueden realizar la mayoría de los requerimientos de los dispositivos para procesamiento de información. • Los semiconductores llegan a ser útiles cuando, en vez de tener una composición química uniforme, tienen composiciones espacialmente no uniformes o tienen uniones en ciertas regiones en el espacio.

7. NECESIDADES DE LAS UNIONES • Una unión muy importante es la unión p-n en la que la naturaleza de los adulterantes se altera a través de una frontera para crear una región que es de tipo P, próxima a una región de tipo N. Esta unión tiene propiedades de rectificación y puede utilizarse para producir efectos no lineales muy fuertes.

8. UNION P-N • La unión se emplea como un dispositivo en aplicaciones como rectificadores, circuitos formadores de onda, láseres, detectores, etc. Además, forma los ingredientes clave del transistor bipolar que es uno de los más importantes dispositivos eléctronicos.

9. UNION P-N • Nos interesa los siguientes aspectos de la unión: • Las distribuciones de portador para los electrones y huecos en el material. • Los procesos físicos responsables del flujo de corriente en la estructura cuando se aplica una polarización.

10. TÉCNICAS DE FABRICACIÓN • Las técnicas de fabricación empleadas para formar regiones tipo p y tipo n incluyen: • Procesamientos epitaxiales donde la especie adulterante se conmuta simplemente en un instante particular de tiempo. • Implantación de iones, en la cual los iones adulterantes son implantados a altas energías dentro del semiconductor. La unión no es tan abrupta como en el caso de las técnicas epitaxiales.

11. TÉCNICAS DE FABRICACIÓN c) Difusión de adulterantes dentro de un semiconductor opuestamente adulterado. • En nuestro análisis supondremos que la unión P-N es abrupta, aun cuando en realidad esto sea cierto sólo para uniones de crecimiento epitaxial.

12. LA UNIÓN P-N NO POLARIZADA • Analizaremos primero las propiedades de la unión en la ausencia de cualquier polarización externa. Obviamente aquí no hay flujo de corriente en el diodo (unión p-n). Sin embargo, se presenta una gran actividad en los portadores, aun cuando no haya corriente neta. • En la fig. 5.1a se muestra esquemáticamente los semiconductores de tipo p y de tipo n sin formar una unión entre ellos. Se muestra las posiciones del nivel de Fermi, las bandas de conducción y de valencia y el nivel de energía del vacío.

13. LA UNIÓN P-N NO POLARIZADA • La afinidad electrónica χ definida como la diferencia de energía entre la banda de conduccción y el nivel de vacío; también se muestra con la función de trabajo (Φsp y Φsn). La función trabajo representa la energía requerida para remover un electrón desde el semiconductor hasta el nivel de vacío “libre” y es la diferencia entre el nivel de vacío y el nivel de Fermi.

15. ¿Qué ocurre cuando los materiales de tipo p y de tipo n forman la unión y no hay un campo aplicado externamente? • En ausencia de cualquier polarización aplicada, no hay corriente en el sistema. Por lo que en ausencia de cualquier flujo de corriente, el nivel de Fermi es uniforme a todo lo largo de la estructura. • Esto proporciona la vista esquemática de la unión mostrada en la fig. 5.1b. • Pueden identificarse tres regiones: 1) La región de tipo p en el extremo izquierdo, donde el material es neutro y las bandas son planas. La densidad de los aceptores balancea exactamente la densidad de los huecos;

16. 2) La región de tipo n en el extremo derecho, donde de nueva cuenta el material es neutro y la densidad de los donadores inmóviles balancea exactamente la densidad de los electrones libres; 3) La región de agotamiento donde las bandas están curvadas y hay un campo que ha barrido los portadores móviles dejando detrás aceptores negativamente cargados en la región p y donadores positivamente cargados en la región n como se muestra en la fig. 5.1b. • En la región de agotamiento, que se extiende una distancia Wp en la región p y una distancia Wn en la región n hay un campo eléctrico. Cualesquiera electrones o huecos en la región de agotamiento son apartados en este campo.

17. Entonces se presenta una corriente de deriva que contrarresta la corriente de difusión que surge debido a la diferencia entre las dos densidades de electrones y huecos a través de la unión. • Para describir las propiedades de la unión necesitamos conocer la anchura de la región de agotamiento, la distribución de carga de los electrones y huecos y el campo eléctrico. • Haremos algunas suposiciones para simplificar el análisis: 1. La unión física es abrupta y cada lado está uniformemente adulterado. Cada una de estas dos condiciones puede ser disminuida, pero entonces se necesita emplear técnicas numéricas para resolver el problema.

18. 2. Mientras que la densidad de carga móvil en la región de agotamiento es distinta de cero (de otro modo no será posible el flujo de corriente), es mucho más pequeña que las cargas fijas del fondo. 3. También supondremos que la transición entre el volumen neutral de la región n o la región p, y la región de agotamiento es abrupta. Mientras que en realidad la transición es gradual. • Con el fin de comprender las propiedades del diodo, identificaremos en primer lugar todos los componentes presentes que fluyen en el dispositivo: • Existe la corriente de deriva electrónica y corriente de difusión electrónica, así como las corrientes de deriva de huecos y de difusión de huecos, como se muestra en la fig. 5.2b. Cuando no se tiene polarización aplicada, estas corrientes se cancelan entre sí individualmente.