Cuando estaba leyendo electrónica básica, diodos de unión PN y dos MOSFET terminales, entendí la posición del nivel de energía de fermi y la posición de la banda de valencia y conducción en esos dispositivos. Pero me gustaría una explicación sobre cómo se produce la flexión de la valencia o las bandas de conducción con la aplicación de una polarización directa adecuada para un diodo de unión PN de tipo N o P o un MOSFET de dos terminales.
AFAIK la afirmación de que los niveles de energía realmente se doblan está mal. Solo estamos extrapolando diagramáticamente para mostrar cómo las dos bandas de conducción y las bandas de valencia están vinculadas con una región de carga espacial en el medio.
Solo consideremos el caso de una unión pn. Primero, cuando las dos partes, p y n no forman una unión, entonces, estará de acuerdo en que el nivel de fermi se desplaza hacia arriba y hacia abajo en los materiales de tipo p y n desde la posición media de la brecha de la banda de energía. ¿Cómo? Tomemos el caso de un material intrínseco donde el número de electrones en la banda de conducción será igual al número de agujeros en la banda de valencia. Esto significa que la energía total se equilibra en algún lugar en el medio de la brecha de banda prohibida. Por lo tanto, para un semiconductor intrínseco, el nivel de fermi se encuentra aproximadamente en (Ec + Ev) / 2. Ahora, cuando lo dopamos con una impureza pentavalente, creando así un semiconductor de tipo n, estamos agregando efectivamente más electrones en la banda de conducción que agujeros en la banda de valencia (debido al nivel de energía discreta extra insertado por el dopante cercano). la banda de conducción) Por lo tanto, el balance de energías se inclina a favor de la banda de conducción y el nivel de fermi ahora se encuentra en algún lugar más cercano a la banda de valencia. De manera similar, el nivel de fermi para un semiconductor de tipo p se encuentra cerca de la banda de valencia.
Ahora, creemos una unión con estos dos tipos de semiconductores. Al crear una unión, creamos un gradiente de concentración y eso se traduce en difusión. ¿Cuánto tiempo continuaría esto? Mientras exista algún incidente, o haya alguna fuerza que pueda oponerse igualmente a este proceso de difusión a través de la unión. Pero, ¿qué significa esa condición de equilibrio en términos de energía? Cuando ya no puede tener lugar más difusión, básicamente significa que los niveles de fermi de los materiales tanto de tipo p como n son ahora iguales (¿ya que los niveles de energía desiguales crean un gradiente?) Por lo tanto, los niveles de Fermi de los dos materiales son iguales. Pero lo que hicimos fue reducir el nivel de fermi desde el centro de la brecha de la banda en caso de tipo p y elevarlo por encima en caso de n. Por lo tanto, para que un electrón salte de la banda de valencia del material de tipo p a la banda de conducción del material de tipo n, ahora necesita energía que sea igual al desplazamiento total de los niveles de fermi, es decir, desplazamiento hacia abajo en el tipo p nivel de fermi más cambio hacia arriba en el nivel de fermi tipo n. Esta es la energía mínima que se debe proporcionar al electrón a través de la polarización externa (sesgo directo) para que la unión realice y se denominaría potencial de barrera. Entonces, creo que no es el sesgo hacia adelante lo que causa la curva, el sesgo hacia adelante solo ayuda a cruzar esta pequeña barrera o pendiente. La curva se debe al cambio de los niveles de fermi y, como consecuencia, todo el perfil de energía del material de tipo n se desplaza hacia abajo, en relación con el material de tipo p (porque ambos tendrán el mismo nivel de fermi)
Espero que esto ayude, es un poco difícil visualizar las cosas en el texto.