En una unión PN con polarización positiva, ¿de dónde proceden los portadores de inyección?

Question

No entiendo muy bien el carácter i-v del diodo de unión PN.

Este es el modelo en libro de texto. El diodo de unión PN se puede dividir en tres regiones. Éstas son

1. Una región de agotamiento cerca de la interfaz PN, donde no existía ningún portador sino átomos ionizados.
2. Dos regiones quasineutrales (QNR) se extienden desde el límite de la región de agotamiento hasta ambos extremos del diodo.

Cuando se aplica tensión positiva a este diodo, se forma corriente. Para caracterizar la corriente, según el modelo, lo único que hay que calcular es la difusión minoritaria dentro del QNR. Pero, ¿y el transportista mayoritario?

¿Cuál es su concentración a lo largo del diodo? ¿Por qué no contamos su contribución a la difusión?

Aunque supongo que los portadores mayoritarios también contribuyen a la difusión recombinándose con los minoritarios. Para favorecer la difusión (manteniendo la diferencia de concentración), es necesario inyectar en el QNR un exceso de portadores de ambos tipos.

Q1 ¿De dónde proceden estos portadores de inyecciones? Tomemos como ejemplo el n-QNR, ¿es correcto decir que tanto los electrones como los huecos se inyectan desde el p-QNR? Si es así, entonces la concentración de portadores en p-QNR se reduciría y, finalmente, se igualaría a cero, lo que estoy seguro que no es el caso.

Q2 Aquí cerca de la interfaz entre la región de agotamiento QNR, ¿sigue siendo válida la relación n*p = ni^2 ? Parecía que se ha roto tanto por n y p inyectado.

Q1 y Q2 tienen una respuesta bastante clara. Con la explicación, ahora me preocupa el número de portadores en este diodo. Tomemos por ejemplo los electrones, que nacen en n-QNR por excitación térmica, a continuación, superar la barrera de potencial en la región de agotamiento, y finalmente se recombinan (después de una cierta distancia de difusión) en p-QNR.

Sin embargo, por cada recombinación, #electrones y #agujeros disminuye en uno. Dado que la corriente fluye continuamente, en n-QNR debe generarse un nuevo par electrón-hueco; de lo contrario, los #electrones que pueden atravesar las regiones de agotamiento acabarían siendo cero.

Q3 ¿Y los agujeros que se generan en n-QNR, adónde irían? Si atraviesan la región de agotamiento (siendo acelerados) y se convierten en mayoritarios en p-QNR, ¿corren el riesgo de recombinarse antes de atravesar la región de agotamiento (en n-QNR)?

Q4 Al aumentar la polarización, fluye más corriente. ¿Implica esto una mayor tasa de generación (en #/tiempo-1 volumen-1) de pares electrón-hueco. Si es así, se debe suministrar energía extra (en comparación con el caso T.E), ya que los #electrones con alto K.E aumentan pero la temperatura se mantiene. ¿De dónde procede esta energía extra?

Answer 1

A1: Bajo polarización directa, los portadores portadores de corriente comienzan como portadores mayoritarios excitados térmicamente ( mayoría en el lado del que proceden ) con alta energía cinética. Debido a su excitación térmica, tienen suficiente energía para sobrepasar la barrera de potencial en la región de agotamiento, y una vez que cruzan la región de agotamiento se convierten en portadores minoritarios de baja energía cinética (en el lado opuesto). A continuación, se dispersan un poco como portadores minoritarios y finalmente se recombinan.

A2: En equilibrio, $n_n n_p = n_i^2$ se mantiene en todas partes dentro del semiconductor, tanto en la región de agotamiento como fuera de ella. Cuando se aplica la polarización directa, $n_n n_p > n_i^2$ en la región de agotamiento, ya que se inyectan portadores adicionales. Cuando se aplica la polarización inversa, $n_n n_p < n_i^2$ en la región de agotamiento ya que los portadores están siendo succionados.