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Capýtulo 17:

 La barrera de energía (2/3)

a)    Recombinación.

Se ha formado una z.c.e. (ó deplexión).

Además de eso las bandas de energía se han desplazado (hasta llegar al equilibrio).

Equilibrio

Al llegar a 0.7 V las bandas se han desplazado. Han subido hasta que el nivel inferior de p este al mismo nivel que el nivel superior de n.

La barrera de energía (2/3)

Y se mantendrán en esa posición a no ser que se rompa el equilibrio. En este equilibrio no puede difundirse ningún electrón, no hay difusión ni recombinación si no se rompe el equilibrio.

Veamos porque se han desplazado:

Los átomos de valencia +3 tienen en la última órbita 7 electrones y 1 hueco. Las órbitas se ensanchan por el hueco y esto hace que aumenten los radios de la BV y BC. Aumenta radio lo que implica que aumenta la energía, hasta llegar a la situación antes explicada.

La barrera de energía (2/3)

Con los átomos +5 ocurre lo contrario, disminuye el radio con lo que disminuye la energía.

La barrera de energía (2/3)

Lo que ha ocurrido es que ya no hay radios coincidentes entre los átomos de valencia +3 y los de valencia +5, por eso se crea el equilibrio.

Polarización Directa

Ahora romperemos el equilibrio poniendo una pila.

La barrera de energía (2/3)

La pila es una "Energía Externa" que hace subir los niveles de la zona n. Esta pila en directa elevará el nivel de energía de la zona n.

La barrera de energía (2/3)

Suben las bandas de energía de la zona n y coinciden algunas con la de la zona p, y ya puede haber difusión y recombinación.

Entonces pasan los electrones, se recombinan, etc...Ahora la pila les obliga.

El electrón cruza la W y va pegando saltos de hueco en hueco formando una malla cerrada.

La barrera de energía (2/3)

Algunos electrones puede que antes de cruzar bajen y se recombinen con el hueco, pero hay muchos más que se comportan de la otra manera.

Polarización Inversa

Otra forma de romper el equilibrio es con la Polarización Inversa, que se da poniendo la pila al revés que en el caso anterior.

La barrera de energía (2/3)

Al poner la pila de esa forma aumenta el W porque la pila atrae a los huecos y los electrones.

Y se ensancha la W hasta igualarse la barrera de potencial al valor de la pila externa. En este ejemplo se llegará al nuevo equilibrio al llegar esa barrera de potencial al valor de 5 V.

Las bandas de energía de la zona n bajan respecto a la zona p, y no hay corriente.

Corrientes en un diodo en polarización inversa

En polarización inversa es más difícil la conducción, porque el electrón libre tiene que subir una barrera de potencial muy grande de n a p al ser mayor el valor de W. Entonces no hay conducción de electrones libres o huecos, no hay corriente.

En esta situación tenemos que tener en cuenta la generación térmica de pares electrón-hueco. Los pocos electrones generados térmicamente pierden energía y bajan de p a n, es la "Corriente Inversa de Saturación" (IS) que es muy pequeña.

Esa corriente tiene un sentido, siempre se toma la corriente de p a n. Entonces sería negativa en este caso.

Además de esta corriente tenemos otra corriente debida a las fugas, que se denomina "Corriente de Fugas" (If).

La barrera de energía (2/3)

También ocurre un fenómeno antes de llegar a ese valor, antes de establecerse el valor de IS.

Mientras van saliendo huecos y electrones, entre el instante inicial y el equilibrio final, hay instantes intermedios. Se crea un transitorio durante el cual en un intervalo breve de tiempo hay una "Corriente Transitoria".

Itransitoria puede llegar a tener un valor muy grande.

Itransitoria = - Grande

Pero dura muy poco, unos nanosegundos. Su duración depende de la resistencia y la capacidad que haya en la malla, así tenemos una "Constante de Tiempo":

La barrera de energía (2/3)

Esta constante de tiempo define lo rápido o lenta que es esa malla. Conviene que La barrera de energía (2/3)sea pequeña. Suele ser del orden de decenas de nanosegundos.

Si en vez de poner una pila de continua, conectamos el diodo a una onda alterna:

La barrera de energía (2/3)

Al tener una onda senoidal el valor de la tensión se está variando continuamente, es como una pila variable, por ello siempre se moverá con retraso debido a esa La barrera de energía (2/3). Por lo tanto, la frecuencia de esa onda senoidal es importante, por ejemplo para una frecuencia de 10 MH:

La barrera de energía (2/3)

La barrera de energía (2/3)(decenas de nseg) ha de ser pequeño respecto a T. Entonces para frecuencias menores o iguales a 10MHz el circuito funcionaría bastante bien.

La barrera de energía (2/3)

La malla tiene que ser suficientemente rápida respecto a la frecuencia de la senoidal.

Tenemos que la If (Intensidad debida a fugas) es proporcional a la tensión, mientras que la IS depende de la temperatura (IS aumenta 7 % por cada ºC).

Problemas

En este último apartado de este tema se resolverán algunos problemas relacionados con lo visto anteriormente.

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