CAMPO ELECTRICO EN UN SEMICONDUCTOR

CAMPO ELECTRICO EN UN SEMICONDUCTOR

• Los efectos de contacto se basan en los procesos fiscos que ocurren en el semiconductor por acción de un campo eléctrico originado en el contacto.

• Para atender estos fenómenos hay que conocer las propiedades de los semiconductores que se encuentran en un campo eléctrico.

• Para ello examinaremos las propiedades de un semiconductor eléctrico tipo n colocado en el campo eléctrico homogéneo de un condensador.

• Si en un campo eléctrico externo la carga volumétrica del semiconductor es igual a 0, en presencia de un campo eléctrico externo en el semiconductor se produce la redistribución de los portadores de carga, debido a lo cual en el aparece la carga volumétrica p(r) y el campo eléctrico E(r).

• La variación de la distribución de la concentración de portadores de carga, que da lugar a la aparición de la carga volumétrica, ocurrido en la región contigua a la superficie del semiconductor.

• Cuando la fuente de alimentación exterior está conectada como se muestra en la figura 8.1, en la región adyacente de un semiconductor habrá una concentración elevada de electrones (figura 8.2 ), y por lo tanto surge una carga volumétrica negativa (figura 8.3)

FIGURA 8.1

•

no

FIGURA 8.2

FIGURA 8.3

• La concentración excede de electrones y por consiguiente, también la carga volumétrica disminuirá al aumentar la distancia en la superficie hacia la profundidad del semiconductor.

• La carga volumétrica negativa que genera un campo eléctrico, cuya intensidad ᶓ será máxima en la superficie del semiconductor(Figura 8.4).

FIGURA 8.4

ᶓ

• El campo eléctrico altera la energia potencial del electrón en una magnitud igual a

U(r)= - ᶓ *P(r) donde P(r) es el potencial del campo(figura

8.5 )

U(r)FIGURA 8.5

• Por lo tanto el campo eléctrico provoca la curvatura de la banda de energía del semiconductor de manera que

Ec(r)=ec-U(r)Ev(r)=ev-U(r)

• En este caso el desplazamiento lo sufren todos los niveles de energía, incluso el nivel de impureza que encuentra en la banda energía prohibida.

• Puesto que el semiconductor se encuentra en el estado de equilibrio termodinámico la posición de nivel de fermi es constante.

• Por esto la distancia entre el nivel de fermi y la posición de la banda de energía se altera. Si esta distancia fue sin campo

Ec-F y F-Ec.

• Y con campo ella será

Ec-U(r)-F y F-(Ev-U(r))

• Comparando las Ec se deduce que si la distancia entre EC y F disminuye hasta la magnitud U(r) entre F y Ev aumenta en la misma magnitud (Figura 8.6).

• Ec - - - - - - - -- - - - -- - - - -- - - - -- - E

Ev

• La variación de la distancia entre la f y el nivel de energía da lugar a distribución de los electrones por los niveles. En el caso examinado como se muestra en la figura 8.2e, si en la profundidad del semiconductor es del tipo N no degenerado y en los niveles de impuresa donadora existen electrones (puesto que el nivel de fermi se encuentra por sobre el nivel de impureza),

• invertida.

• Al cambiar la dirección de la tensión aplicada al conductor se altera en correspondencia la distribución de la concentración de electrones, carga volumétrica, campo eléctrico, la energía potencial de los electrones y la disposición de las bandas de energía del semiconductor

• En el caso dado la región contigua a la superficie se modifico el tipo de conducción, el conductor se transformo del tipo n al tipo p.

• La capa del semiconductor en la cual se modifica el tipo de portadores de carga mayoritarios se llama inversión o capa