Estoy tratando de entender por qué a un ingeniero de silicio le importaría el operador de vida minoritario y cómo afecta el operador minoritario a la velocidad de conmutación de la unión PN. ¿Por qué se trata tanto del tiempo de vida de las minorías y no de los portadores mayoritarios?
Considerando un diodo en serie con una resistencia R conectada a una fuente de voltaje \ $ V_i \ $.
Una vez que el diodo está encendido y ha alcanzado una condición de estado estable, la corriente directa es \ $ I_f = V_i / R \ $. Ahora el voltaje de entrada se invierte repentinamente. En particular, la corriente aplicada al diodo se invierte repentinamente a \ $ I_r \ $. Notará que aunque la corriente aplicada se invierte al mismo tiempo que el voltaje de entrada \ $ V_i \ $, el voltaje del diodo no lo hace. Esto ocurre porque los portadores minoritarios que se establecieron en la región de unión con \ $ I_f \ $ primero deben barrerse (combinarse con la carga de polaridad opuesta), por mucho que uno primero tenga que descargar un condensador a cero carga y voltaje antes de poder recárgalo con la polaridad opuesta.
Este efecto da lugar al tiempo de demora del almacenamiento \ $ t_s \ $ (consulte: Tiempo de recuperación de Revere ) . El tiempo de almacenamiento ocurre cuando un diodo se cambia de conducción directa a polarización inversa, y es una consecuencia del almacenamiento de portadores minoritarios en exceso en las regiones neutrales del diodo. El tiempo de demora del almacenamiento puede reducirse eliminando los operadores almacenados más rápido, lo que se efectúa reduciendo la vida útil τ o aumentando la corriente inversa \ $ I_r \ $.
El tiempo de subida / caída del cambio aumenta con el tiempo de almacenamiento \ $ t_s \ $, que depende de τ. O la velocidad de conmutación depende del tiempo de vida del portador minoritario. Y es por eso que el tiempo de vida del operador minoritario es importante en el cambio de aplicaciones.
Consulte el artículo, Tiempo de recombinación en diodos semiconductores también.
Hablando intuitivamente:
Cuando un diodo tiene polarización inversa, hay una capa "neutra" alrededor de la unión PN, debido a la difusión de los electrones desde el lado dopado con N hacia los orificios del lado dopado con P (lo que también puede considerarse como Orificios de difusión en el lado N). Los electrones del lado N se convierten en portadores minoritarios en el lado P, y los orificios del lado P son portadores minoritarios en el lado N.
La región neutral es clave para revertir el sesgo porque "se parece" a un cristal sin dopaje: un conductor no conductor en lugar de un semiconductor: no tiene electrones ni agujeros en exceso, lo que dificulta el movimiento de la carga.
Cuando cambia un diodo de polarización directa a inversa, tiene que volver a este estado antes de que realmente deje de conducir.
La vida útil de un portador minoritario es el tiempo promedio que puede pasar en el cristal dopado opuesto antes de combinarse: cuánto tiempo un electrón puede "rebotar" en un semiconductor dopado P antes de caer en un agujero, o cuánto tiempo un El agujero puede persistir en un semiconductor dopado con N antes de ser llenado con un electrón extra.
Cuanto más largo es este tiempo, más tiempo se tarda en formar la región neutral del sesgo inverso, porque mientras los portadores minoritarios siguen rebotando, llevan corriente.
Esta es la razón por la cual los portadores minoritarios son importantes: son los portadores de "tipo opuesto" en el lado opuesto de la unión que crean la sección "virtualmente sin dopar" que parece una pieza de silicio no conductora, una vez que se combinan con un portador mayoritario. .
La mayoría de los operadores no importan porque son pasivos: se considera que simplemente "se sientan allí" en la celosía esperando al operador minoritario.
La razón por la que los transportistas minoritarios tienen toda una vida es que la red no está totalmente dopada. Sólo una pequeña fracción de los átomos tiene un agujero, o un excedente de electrones. Así que consideremos un agujero moviéndose en cristal N-dopado. Mientras rebota dentro de los átomos de silicio que tienen una capa de valencia completa, no puede establecerse. Un agujero en uno de estos átomos es un estado inestable de alta energía. El agujero debe encontrar un átomo de arsénico que tenga un electrón excedente para crear esa capa estable de ocho. Encontrar ese átomo no es instantáneo; Toma tiempo. De manera similar, un electrón adicional tiene que encontrar un agujero para "caer en": un átomo de galio.
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