Cómo cambia la región de agotamiento de la unión PN en Bias

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Hay varias otras preguntas sobre las uniones PN, pero no creo que esta haya sido formulada específicamente.

Estoy teniendo un grave malentendido de cómo varía el ancho de la región de agotamiento en sesgo. Sé que lo que estoy pensando es incorrecto de alguna manera, pero no estoy seguro de usarlo.

Haré referencia a esta imagen de un libro de texto que me gusta:

La región de agotamiento se crea debido a un balance de difusión y corriente de deriva. La presión de difusión hace que los orificios se desplacen desde el lado P y que los electrones se desplacen hacia el lado N y se combinen entre sí alrededor de la unión. Esta combinación deja una carga positiva en el lado N y una carga negativa en el lado P. Esta carga crea un campo eléctrico que se opone a la corriente de difusión con una corriente de deriva. El ancho de la región de agotamiento está determinado por la cantidad de transferencia de carga que equilibra las presiones de deriva y difusión.

Ahora, si tienes una mayor concentración de dopantes, obtienes más presión de difusión, lo que significa que el campo eléctrico debe ser más grande para oponerse a él, lo que significa que la región de agotamiento / carga espacial debe ser más amplia. Sin embargo, lo que acabo de decir es incorrecto, pero no entiendo dónde está mal mi razonamiento.

Nuevamente, si tiene un campo eléctrico más alto aplicado, debería obtener una corriente de difusión proporcionalmente menor, lo que significa que el ancho de la región de agotamiento puede ser menor y aun así oponerse por completo a la corriente de difusión. Esto también es un razonamiento incorrecto, pero ¿dónde me equivoqué?

El seguimiento natural es bajo sesgo directo e inverso. Durante un sesgo inverso, sé que la región de agotamiento crece y el sesgo hacia adelante se encoge. Puedo usar las leyes de voltaje de Kirchoff y los niveles de Fermi y muchas otras formas de razonar por qué eso DEBE ser cierto. Pero lo que NO PUEDO hacer es explicar qué movimiento físico de los agujeros y electrones y la recombinación en el sistema bajo sesgo hacen que la región de agotamiento se contraiga y crezca bajo el sesgo hacia adelante y hacia atrás, respectivamente.

Esencialmente, durante la aplicación de un sesgo, ¿qué hacen físicamente los agujeros y los electrones durante el transitorio bajo este nuevo campo eléctrico que se les aplica? ¿Cómo cambia físicamente el tamaño la región de agotamiento?

Siéntase libre de ser lo más técnico posible, pero entiendo todo esto en términos de solo usar las matemáticas, pero estoy buscando una comprensión más intuitiva. Gracias.

    

2 respuestas

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Ahora, si tienes una mayor concentración de dopantes, obtienes más presión de difusión, lo que significa que el campo eléctrico debe ser más grande para oponerse a él, lo que significa que la región de agotamiento / carga espacial debe ser más amplia. Sin embargo, lo que acabo de decir es incorrecto, pero no entiendo dónde está mal mi razonamiento.

Si entiende que hay un voltaje incorporado, también debe saber que la distancia y la ruta no son importantes para un voltaje. Los voltajes son escalares. 5V sobre 1 billón de millas es lo mismo que 5V sobre 2um. Ahora los campos eléctricos asociados con esos dos voltajes son completamente diferentes . Ahora, la razón por la que la región de agotamiento se hace más pequeña con dopantes más altos es que hay más cargas estáticas expuestas en la región de agotamiento. Piénselo de esta manera, con un nivel bajo de dopantes tendría que ocupar 3 mm de espacio para liberar las cargas de "20", pero si fueran de mayor densidad, solo tendría que llevar 3um para liberar las cargas de "20". Recuerde que son los cargos expuestos en la región de agotamiento los que crean el campo, no los cargos en la región de deriva.

  

Nuevamente, si tiene un campo eléctrico más alto aplicado, debería obtener una corriente de difusión proporcionalmente menor, lo que significa que el ancho de la región de agotamiento puede ser menor y aun así oponerse por completo a la corriente de difusión. Esto también es un razonamiento incorrecto, pero ¿dónde me equivoqué?

Se equivocó al pensar en el campo dentro de la región de agotamiento que afecta a las cosas fuera de la región de agotamiento directamente. El campo está atascado allí. No puede afectar directamente a nada. Aunque tiene algunos efectos secundarios. Por ejemplo, cuanto más amplia es la región de agotamiento, más fácil es difundirse a través de las áreas de no agotamiento. Esto se debe a que hay menos distancia al final del dispositivo cuando hay más longitud en el campo. Usamos esto todo el tiempo en BJT's. Las otras cosas que hará un campo es crear una acumulación de cargos en sus bordes (ya sabes, todos los que arrancaste para crear la región de agotamiento, quieren volver a donde estaban). Estas áreas de "carga gratuita" (gratuitas porque son capaces de moverse, a diferencia de la región de agotamiento donde se guardan las cargas en los átomos de la red cristalina) son en realidad las que impulsan la difusión en las otras áreas. Los cargos gratuitos están más concentrados por la región de agotamiento que en otros lugares. Nuevamente, ellos quieren volver, pero el campo incorporado los elimina cada vez que lo intentan, por lo que están atrapados en el borde. Esto crea la "presión alta a baja" que impulsa la difusión. Cuanto más alto sea el campo, más cargos eliminará que desea volver al campo en la frontera, mientras más concentrados estén los cargos, más difusión habrá. Todos los vinculados. Voy a tratar de obtener una imagen aquí. Realmente es difícil verlo sin foto.

Editar: he encontrado un buen video de YouTube con todas las partículas presentes y una explicación muy acertada. Espero que esto ayude.

    
respondido por el Dave
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La polarización inversa significa que el lado P está en un nivel de energía más alto y los electrones necesitan más energía para pasar del lado N al lado P.

Si aumentamos el sesgo inverso y el ancho de la región de agotamiento no cambia, los electrones no tienen suficiente energía para llegar al lado P, por lo tanto, la corriente de difusión domina y eso aumenta el ancho de la región de agotamiento hasta que conseguir un equilibrio de nuevo.

Otra forma de pensarlo es que, para un sesgo inverso, el campo en la región de agotamiento debe ser igual al campo aplicado externamente. Cuanto más alto es el campo en la región de agotamiento, más átomos deben ser descubiertos (ionizados). Dado que el número de átomos que se pueden descubrir es limitado (dependiendo del nivel de dopaje), la única forma de obtener más átomos es tener una región de agotamiento más amplia.

    
respondido por el Mario

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