¿Por qué no toda la unión pn se convierte en región de agotamiento?

Answer 1

Este sencillo video de animación explica claramente los temas semiconductores o diodos de unión PN, qué es polarización directa y polarización inversa

¿Qué es un semiconductor de unión P – N y cómo se forma?

El semiconductor de unión PN es una combinación de semiconductor tipo P con semiconductor tipo N para lograr la utilidad práctica de ambos. Se forma cuando un semiconductor de tipo P se une a un semiconductor de tipo N.

El semiconductor tipo P tiene agujeros libres con carga positiva y el semiconductor tipo N tiene electrones libres con carga negativa.

¿Qué sucede cuando se hace una unión PN? Cuando los semiconductores P y N se unen para formar el diodo semiconductor de unión PN, los electrones cerca de la unión PN saltan de N a P y los agujeros cerca del salto de unión de P a N. Este fenómeno crea una región de carga espacial o una capa de agotamiento como se muestra en el video. En esta región de carga espacial debido al movimiento, tenemos electrones en la región P y agujeros en la región N. Durante algún tiempo, los electrones retroceden de P a N en la región espacial o capa de agotamiento y algunos agujeros retroceden de N a P en la región espacial. Esto continúa sucediendo hasta que se alcanza el equilibrio. Este movimiento de electrones y agujeros en la región espacial o capa de difusión da lugar a la corriente de difusión. ¿Qué es el sesgo directo y cómo ocurre? La polarización directa ocurre cuando el terminal positivo de la batería está conectado a la región P y el terminal negativo de la batería está conectado a la región N. En esta condición, lo que sucede es que el terminal positivo repele los agujeros hacia la unión y el terminal negativo repele los electrones hacia la unión. Debido a esta repulsión, la región de agotamiento o la región espacial se reduce como se muestra en el video. Pero en una condición particular, si el voltaje en la polarización directa está por encima de un rango específico, los electrones en la región N se desplazan a través de la unión y migran a la región P y los agujeros en la región P se desplazan a través de la unión y migran a la Región N. Ahora la corriente fluye a través del circuito y esta corriente se llama corriente de deriva. ¿Qué es el sesgo inverso y cómo ocurre? La polarización inversa ocurre cuando el terminal negativo de la batería está conectado con la región N y el terminal positivo con la región P. En esta condición, los agujeros (cargados positivamente) de la región P se atraen al terminal negativo de la batería y los electrones (cargados negativamente) se atraen al terminal positivo de la batería. Esto da como resultado que la capa de agotamiento se ensanche. Ahora la unión PN actúa como un aislante y no permitirá que fluya corriente en el circuito. Pero en una condición, si el voltaje de la batería está por encima de un límite particular, que se denomina nivel de voltaje de ruptura de polarización inversa. Los electrones y los agujeros se rompen a través de la unión PN y se cruzan, lo que hace que la corriente fluya a través del circuito. Este desglose se denomina desglose de avalanchas. En este proceso, la corriente que fluye a través de la unión PN es muy alta y, en última instancia, la unión PN se daña debido al sobrecalentamiento causado por el exceso de flujo de corriente. Así es como funciona un semiconductor de unión PN.

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Answer 2

Tiene razón en que se forma una región de agotamiento en la unión PN debido a la recombinación, pero el cambio en la concentración de carga cerca de la unión también tiene otro efecto …

(fuente: Wikimedia) Debido a la acumulación de electrones en el lado p de la unión, se forma una región cargada negativamente que dificulta que los electrones fluyan a través de la unión y llenen más agujeros en el material tipo p. Del mismo modo, debido a los agujeros que ya se han recombinado con electrones en el lado n, los agujeros tienen dificultades para cruzar la región de agotamiento para alcanzar el material de tipo n.

Puede parecer que los electrones que ya están en el lado p “desearían” continuar difundiéndose más profundamente en el material tipo p, expandiendo aún más la región de agotamiento. Sin embargo, esto en realidad no sucede porque los materiales semiconductores no conducen bien a los transportistas minoritarios. Una vez que un electrón llena un agujero, ese electrón cae desde la banda de conducción hacia la banda de valencia y es efectivamente “aniquilado” en lo que respecta a la conducción de carga. Y dado que el campo eléctrico es básicamente cero en la región de tipo p fuera de la región de agotamiento (los lados cargados negativa y positivamente de la unión se equilibran entre sí), no hay una fuerza fuerte que empuje a los electrones lejos de la unión. Por supuesto, lo contrario se aplica a los agujeros en el lado de tipo n.

Answer 3

Aparentemente, tu pregunta es ligeramente incorrecta. La “unión” es la “región de agotamiento”. Creo que lo que querías decir es si todo el “diodo” pn puede convertirse en la región de agotamiento. Así que reformula tu pregunta. Bien puede. Digamos que tiene un diodo pn de longitud infinita y observa que el ancho de la unión es de 10 micras con 5 micras que se extienden en cada lado. Entonces, ¿qué sucede ahora si corto el diodo pn a un ancho de extremo a extremo de 10 micras? Todo el diodo pn es la región de agotamiento. Además, si tiene una unión p + n / p n +, puede tener una región de agotamiento unilateral que se extienda a toda la longitud en un lado si la longitud de ese lado es pequeña en comparación con su ancho de agotamiento. Puede leer acerca de “Punch through breakdown” que ocurre debido a este fenómeno. Esto no ocurre en caso de que los lados p y n sean generalmente más largos que el ancho de agotamiento. Lo que impide que la región de agotamiento cubra toda la longitud del diodo es que se sigue desarrollando un campo eléctrico que evita cualquier difusión adicional desde ambos lados.

Answer 4

Le daré una breve explicación a su consulta.

Un diodo consiste en la unión pn y se produce un potencial de unión. Este potencial de unión también se conoce como potencial de barrera, ya que crea una barrera para que los electrones o el agujero se transfieran a través de él y se recombinen.
Ahora, cuando hablamos de polarización directa, el ancho de la capa de agotamiento es pequeño y la conducción comienza dependiendo del voltaje de polarización.

Pero en condiciones de polarización inversa, el ancho de la capa de agotamiento comienza a aumentar ya que la dirección del flujo de electrones ha cambiado.
Un diodo puede soportar solo una cierta cantidad de polarización inversa que puede causar solo una cantidad particular de ancho de capa de agotamiento.
La capa de agotamiento nunca alcanza el ancho completo de la unión pn ya que para entonces ya se ha producido una ruptura y no quedan propiedades del diodo.
Por lo tanto, no queda ninguna capa de agotamiento o barrera y se produce la ruptura de la avalancha.

Answer 5

Después de doparse con materiales tipo p y tipo n en ambos lados de un semiconductor puro, los agujeros del lado p vagan sobre la unión y llegan al lado n donde los electrones son portadores mayoritarios. Aquí tiene lugar la recombinación de agujeros y electrones. De manera similar, los electrones del lado n deambulan por la unión hacia el lado p y se recombinan con agujeros en el lado p. Este proceso no puede continuar indefinidamente porque, después de la recombinación de agujeros y electrones en el lado p y en el lado n, los átomos aceptores en el lado p se convierten en iones negativos aceptores (ya que ganó un electrón adicional) y los átomos donadores en el lado n se convierten en iones positivos donadores ( ya que pierde un electrón). Ahora, estos iones positivos y negativos (que anteriormente eran neutros) en el lado n y el lado p respectivamente generan un campo eléctrico (+ ve en el lado n y -ve en el lado p) que restringe el flujo adicional de electrones y agujeros para cruzar y, por lo tanto, se detiene El agotamiento de la unión indefinidamente.

Answer 6

La gente ya ha respondido que antes de que la región de agotamiento comience a ampliarse más allá de cierto nivel, el desglose ya ha comenzado

Pero como estamos hablando de la región de agotamiento en general, consideremos el caso de los FET

En un NMOS, el aumento de VDS hace que la región de agotamiento sea más ancha cerca del drenaje que constriñe el canal y, por lo tanto, aumenta Rds y, por lo tanto, amplifica la corriente de salida.

A medida que aumenta VDS, el canal se contrae completamente cerca del drenaje y, por lo tanto, la región de agotamiento no puede descubrir más átomos y se dice que el FET está saturado.

Answer 7

Cuando un átomo pierde un electrón, se desarrolla un potencial positivo en él y cuando un átomo pierde un agujero, se desarrolla un potencial negativo en él. Ahora relacionelo con el diodo de unión pn. Cuando no se aplican potenciales terminales, debido a la difusión, los electrones del lado n se mueven hacia la región p y, por lo tanto, se desarrolla un potencial positivo en la unión. De manera similar, cuando un agujero del lado p se mueve hacia la región n, se desarrolla un potencial negativo en la unión de la región p. Por lo tanto, cuando suficientes electrones y agujeros se mueven de un lado a otro, hay suficiente potencial desarrollado en la unión que obstruye el movimiento adicional de electrones y agujeros. Como obstruye el movimiento adicional de electrones y agujeros de un lado a otro y actúa como una barrera, este potencial se conoce como “potencial de barrera”. Espero que lo entiendas. Si requiere alguna mejora adicional es bienvenido … 🙂