UNIVERSIDAD COMPLUTENSE DE MADRID

Acción de la radiación sobre los materiales utilizados en el diseño electrónico
2.1.2 Efectos del daño por desplazamiento en las propiedades eléctricas de un
semiconductor.
El daño por desplazamiento cambia apreciablemente las características de los
semiconductores. En primer lugar, hay que mencionar la disminución del tiempo de vida media
de los portadores minoritarios. Este parámetro es importantísimo en la descripción del
funcionamiento de dispositivos como diodos, transistores bipolares, etc., en los que los
portadores se mueven mediante difusión. La disminución del valor de este parámetro provoca el
aumento de la corriente de fuga en uniones PN inversamente polarizadas y la disminución de la
ganancia en corriente de los transistores bipolares. Se verifica la ley de Messenger-Spratt
[Mes92, MA92]:
1 1 Φ
= + (2.3)
τ τ0
Kτ donde τ es la vida media de los portadores minoritarios, τ0 el valor inicial, Φ el flujo de
neutrones y Kτ una constante propia del material y de las condiciones de éste. El valor de Kτ
depende de varios factores [MA92]:
A) Semiconductor: Cada semiconductor tiene un valor distinto de esta constante.
B) Energía y tipo de partícula incidente: Tal y como se explicó anteriormente, el daño en la
red depende del tipo de partícula y de su energía. Por tanto, la constante Kτ dependerá de
estos parámetros. Sin embargo, puesto que toda radiación tiene su equivalente en neutrones
con energía 1 MeV, se puede despreciar la dependencia de Kτ con el tipo de partícula si se
realiza previamente el cálculo del flujo equivalente de neutrones de 1 MeV. De ahora en
adelante, todas las constantes de daño estarán referidas a este tipo de radiación.
C) Concentración de portadores mayoritarios: La importancia de este parámetro radica en
que está directamente relacionado con el dopado del material y, por tanto, con la posición
del nivel de Fermi del semiconductor [Sze81, p. 27]. En 1967, se halló que existía una
relación experimental en el silicio entre la constante de daño Kτ y la resistividad de un
semiconductor dopado con impurezas:
K τ
K τ
, n
, p
=
5
10 ·
=
5
10 ·
2
1.4 + 0.086· ρ+ 0.0012· ρ
1+ 0.038· ρ
2.1+ 0.18· ρ+
0.00009·
1+ 0.014· ρ
, para semiconductores tipo n (2.4)
2
ρ
, para semiconductores tipo p (2.5)
Estas expresiones son únicamente válidas en el caso de que el semiconductor se encuentre
fuertemente dopado. En el caso de que el silicio sea intrínseco, el valor de la constante es,
aproximadamente, 1.5·10 5 cm 2 /s.
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