Formación de iones en diodo

Esta respuesta describirá lo que sucede en el lado P de la unión PN. Los mismos conceptos se aplican fácilmente al lado N con los cambios apropiados en los signos de carga móvil y estática.

Esquemas de unión PN:

Sesgohaciaadelante:

Encondicionesdepolarizacióndirecta(ladoPsesgadopositivamenteconrespectoalladoN),loselectronesseinyectandesdeelladoNhacialaregióndeagotamiento.SonbarridosporelcampoeléctricoatravésdelaregióndeagotamientoyseinyectanenlaregióncasineutraldelladoP:

Debido a esta inyección, la concentración de electrones aumenta dramáticamente cerca del borde de la región de agotamiento en el lado P. No hay un campo eléctrico neto en la región casi neutra que pueda afectar más a estos electrones, sin embargo, siguen difundiéndose lejos de la región de agotamiento debido a los gradientes de concentración.

Mientras se difunden a través del lado P casi neutro, los electrones en exceso tienen la posibilidad de "encontrarse" con un agujero y realizar una recombinación. El agujero es solo un estado de electrón vacante de algún átomo o ion. Sí, la recombinación puede ionizar el átomo aceptor o neutralizar un átomo de silicio ionizado. Decimos "el electrón se recombina con el agujero", pero en realidad es solo que el electrón está atrapado en el lugar vacío en la red.

De todos modos, parece que este proceso lleva a una pérdida de operadores móviles y su pregunta es: "si se pierden los operadores móviles, ¿cómo se mantiene la corriente?". Estoy en lo correcto?

La respuesta:

Se olvida de la conservación de la carga: si los electrones que se inyectan en la región P se recombinan con los orificios que inicialmente se presentan allí, habría un aumento neto en la carga negativa en el lado P. Este mecanismo no puede mantener una corriente de estado estable que fluye a través del diodo.

Lo que sucede es que para cada orificio que se recombina con el exceso de electrones en el lado P, hay un orificio adicional que se suministra desde el contacto metálico del lado P. Esto significa que hay una corriente de difusión de electrones que se suministra desde el lado N, pero también hay una corriente de agujeros que compensa la recombinación, que se suministra desde el contacto del lado P (digo "contacto del lado P", pero es una fuente de alimentación que es responsable de suministrar esta corriente).

Las densidades actuales son:

En los gráficos anteriores puede ver que la suma de la corriente de los electrones y la corriente de los orificios es constante en todo el diodo. Esto significa que los orificios que se pierden en la recombinación se compensan con la corriente del contacto metálico del lado P: la densidad de carga neta permanece igual en la región P casi neutra (neutral) y la cantidad de portadores de carga libre sigue siendo la misma. / p>

En resumen:

En sesgo directo en estado estable:

• La densidad de corriente es constante en todo el dispositivo
• La neutralidad de carga se conserva en regiones casi neutrales

De Wikipedia :

  

Cuando las piezas de semiconductor dopadas con N y D se colocan juntas para formar una unión, los electrones [mueven hacia] el lado P y los orificios [mueven hacia] el lado N. La salida de un electrón del lado N al lado P deja un ion donante positivo en el lado N, y el agujero deja un ion aceptor negativo en el lado P.

     

[Durante esta transferencia cuando] los ... electrones entran [en] contacto con [los] agujeros, [ellos] son eliminados por recombinación. [Similarmente en el caso] del [lado] N lado. El resultado neto es que el electrón difuso y los orificios desaparecen, dejando los iones cargados adyacentes a la interfaz en una región ... llamada "Capa de agotamiento".

El resto de los iones son responsables del campo eléctrico