UNIVERSIDAD COMPLUTENSE DE MADRID

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Efectos de la radiación sobre componentes electrónicos básicos
En un semiconductor intrínseco, el nivel de Fermi se encuentra alrededor del centro de la
banda prohibida. En cambio, en un semiconductor tipo n, el nivel de Fermi se desplaza hacia la
banda de conducción en tanto que, en otro de tipo p, se desplaza hacia la banda de valencia.
Cuando se unen dos muestras de distinto dopado, al estar en equilibrio térmico, los niveles de
Fermi de ambas zonas se igualan. Como consecuencia de esto, las bandas de conducción y de
valencia se deforman en la zona de contacto de ambas muestras.
Prácticamente, cada una de las zonas están repletas de portadores de un único signo. Al
producirse la unión, los portadores mayoritarios de cada zona se difunden hacia la zona de
dopado opuesto. Las zonas cercanas a la unión se vacían de portadores quedando únicamente las
cargas asociadas a las impurezas, que están ancladas en la red cristalina. Estas cargas crean un
campo eléctrico que compensa la difusión de portadores.
Fig. 3.6 muestra el vaciamiento de cargas en una unión PN y fig. 3.7 el combamiento de las
bandas del semiconductor. Se ha supuesto que la unión PN es abrupta. En la zona n, las únicas
cargas que existen son las impurezas donoras cargadas positivamente en tanto que en la zona p
son las aceptoras, que están cargadas negativamente.
La diferencia de tensión existente entre ambas zonas se denomina “tensión de contacto”,
VBI, que se calcula de la siguiente forma:
KT ⎡ N AN ⎤ ⎡ D NAN ⎤ D
VBI= EFn , − EFi , + EF, p− EFi , = ·ln ⎢ V ·ln
2 ⎥ = T ⎢ 2 ⎥
(3.3)
e ⎣ ni ⎦ ⎣ ni
⎦
siendo K la constante de Boltzmann, T la temperatura absoluta, e la carga del electrón y ni
la concentración intrínseca de portadores. VT = K·T/e se conoce como “Tensión térmica
equivalente”. Evidentemente, VBI es también la diferencia que existe entre los extremos de la
banda de conducción (o valencia). La anchura de la zona libre de portadores con tensión aplicada
V, W, se determina de la siguiente forma:
2· ε ⎛ 1 1 ⎞
S W = · ( VBI − V)
⎜ + ⎟
(3.4)
e ⎝ ND NA
⎠
En este caso, εS es la constante dieléctrica del semiconductor y V la tensión aplicada entre
la zona p y n. Cuando V se hace negativa en polarización inversa, la anchura de la región de
vaciamiento es mayor.
3.4.1 Mecanismos de conducción de una unión PN
Una unión PN está en directa cuando la tensión entre la zona p y la n es positiva,
circunstancia en la que se permite el paso de una gran cantidad de corriente. Se encontrará en
inversa en caso contrario y la corriente será prácticamente nula. El comportamiento eléctrico de
esta estructura se modela aceptando que se superponen varios mecanismos, que se detallan a
continuación: