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Transistor (BJT) como dos diodos

En referencia a la respuesta de Vasiliy sobre esta cuestión ¿Por qué dos diodos conectados en serie no pueden actuar como un BJT?

"Los electrones sobrantes del lado P del diodo polarizado hacia delante no pueden ser barridos hacia el lado P del diodo polarizado hacia atrás a través del hilo metálico en la "configuración de diodo tipo BJT". En su lugar, son barridos hacia la fuente de alimentación proporcionando una tensión de polarización al terminal común de los diodos."

¿Puede alguien explicar por qué ocurre esto?

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Los electrones sólo pueden ser barridos en el colector de un NPN si esos electrones provienen directamente del material de tipo P - los electrones provienen del emisor (por supuesto) pero si esos electrones entran en el metal (como en el caso de dos diodos espalda con espalda) se recombinarán con agujeros en el metal y no entrarán en el material P que forma el diodo de polarización inversa de colector y base. Estoy parafraseando lo mejor que puedo la respuesta de Vasiliy.

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Louise Puntos 16

Intencionadamente no quise entrar en este nivel de detalles en la pregunta referenciada porque esto complicaría aún más la respuesta (que ya era bastante complicada), por eso me alegro de que hayas decidido hacer una nueva pregunta y no sólo publicarla como comentario.

Limitemos de nuevo el debate a la siguiente configuración:

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De hecho, esto parece un poco extraño: ¿por qué los portadores pueden ser barridos (difusos) a través de un monolítico \$p\$ base en una estructura NPN, pero no puede ser transportada entre dos \$p\$ lados de los diodos a través de un cable metálico? ¿Por qué el metal causa tal diferencia?

Contacto metal-semiconductor

La respuesta tiene su origen en la naturaleza de los contactos metal-semiconductor. Dichos contactos tienen un comportamiento rectificador muy similar al de los diodos PN. De hecho, si se conecta un metal a \$p\$ tipo de semiconductor: el metal se comporta como un semiconductor muy dopado \$n\$ tipo. Se podría llamar al diodo resultante un \$N^{+++}P\$ diodo, pero son más conocidos como Diodos Schottky .

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Sin embargo, si cada contacto equivale a un diodo Schottky, ¿por qué no tenemos en cuenta estos diodos al analizar incluso un diodo PN independiente? Este diodo tiene dos contactos, por lo que debería representarse como un diodo PN intercalado entre dos diodos Schottky, ¿verdad? Pues bien, si este fuera el caso, los semiconductores nunca tendrían la importancia que tienen hoy en día.

Recordemos que la distribución de la anchura de la región de agotamiento en un diodo PN regular se rige por los niveles de dopaje relativos del \$p\$ y \$n\$ regiones - la región de agotamiento se extiende en su mayoría en el lado más ligero dopado. Una unión metal-semiconductor es el caso extremo de una unión PN: la región de agotamiento sólo está presente en el lado del semiconductor, y cuanto más dopado esté el semiconductor, más estrecha será esta región de agotamiento:

$$W_{dep} \propto \frac{1}{\sqrt {N}} $$

Cuando la anchura de la región de agotamiento es muy pequeña, se produce un efecto mecánico-cuántico llamado túnel aparece. De forma muy simplificada, se puede pensar que los portadores de carga son capaces de "pasar por la pared": pueden desaparecer en un lado de la unión y reaparecer en el otro. Este efecto permite a los portadores de carga superar la restricción de rectificación impuesta por una unión metal-semiconductor: ahora pueden ser barridos en cualquier dirección a través de la unión. Dado que la velocidad a la que los portadores atraviesan la unión puede demostrarse que tiene una dependencia lineal de la polarización aplicada, estos contactos de tunelización se conocen como contactos óhmicos Schottky, o simplemente Contactos óhmicos .

Esto no está directamente relacionado con su pregunta, pero puede resultar útil recordar que se trata de los contactos óhmicos que se utilizan para conectar los semiconductores que componen un dispositivo con el metal de las interconexiones y los cables (a menos que esté explícitamente interesado en lograr la rectificación). Por lo tanto, el diodo PN habitual está compuesto por más de dos regiones de semiconductores:

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El objetivo de la región adicional ( \$p^+\$ para \$pn^+\$ diodo; \$n^+\$ para \$p^+n\$ diodo) es permitir la formación de un contacto óhmico entre un lado ligeramente dopado y un metal.

Entonces, ¿por qué no?

Hasta ahora esto era una introducción. Ahora entiendes por qué me salté esta explicación en la respuesta original, ¿verdad? :)

Ahora tenemos suficientes antecedentes para abordar la pregunta: ¿por qué los transportistas pueden ser barridos a través de la \$p\$ tipo Base, pero no a través del metal?

La diferencia es que en las estructuras NPN los portadores se difunden, se mueven como resultado de los gradientes de concentración. No es necesario ningún campo eléctrico que haga que los portadores se desplacen hacia la unión CB. De hecho, este movimiento difusivo es una especie de "contra el campo" porque el sesgo positivo conectado al electrodo de la base "tiende a atraer" a los electrones.

En la configuración de dos diodos espalda con espalda, los electrones son capaces de hacer un túnel desde el diodo inferior hacia el cableado metálico (debido a \$V_{BE}\$ ), pero no hay ningún campo eléctrico que los haga pasar por un túnel desde el cable metálico hasta el diodo superior. ¿Por qué no hay campo eléctrico? Porque no importa cuál sea el voltaje a través del diodo PN de polarización inversa, éste cae sobre la región de agotamiento interna (que se expande para "acomodar" este exceso de voltaje). Por lo tanto, no hay caída de tensión a través del contacto del diodo superior, y todos los electrones que hacen un túnel en el cable son barridos hacia la fuente de alimentación (sin tener en cuenta la corriente de fuga del diodo superior).

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Muchas gracias. He aprendido mucho de vuestras dos respuestas. Tengo algunas preguntas, una que para que la tunelización cuántica tenga lugar en cantidad apreciable se necesita un campo que empuje al electrón hasta cierto punto? Y en segundo lugar decir $V_{CB}$ se consume por el sesgo inverso, creo que quiere decir campo debido a $V_{CB}$ será 0 sólo en la región de agotamiento del diodo superior y no en otra región que es la región p tendrá Campo Eléctrico. Sin embargo, no habrá ningún campo en el cable de conexión, ya que no hay resistencia, por lo que nadie será capaz de túnel del electrón en la región p.¿Es esto lo que quieres decir?

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@Iota 1) Básicamente sí - se necesita un campo para "dirigir" la tunelización desde el equilibrio. La "resistencia" de este efecto al campo aplicado se llama (por analogía) Resistencia de contacto - \$R_C\$ . 2) Lo que quise decir es que no importa cuál sea el voltaje a través del diodo superior - se cae sobre la región de agotamiento (que se expande bajo polarización inversa). Por lo tanto, incluso si \$V_{CB}\$ es, digamos, de 5V, la caída de voltaje a través del contacto es insignificante, por lo que no hay tunelización (el término más preciso es que el contacto está en equilibrio térmico)

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Esta respuesta fue inicialmente confusa, pero ahora veo que es probablemente la mejor manera de explicar con precisión la diferencia entre 2 uniones PN y una unión NPN. Gran respuesta

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JonRB Puntos 4599

Un BJT es un dispositivo N-P-N que aprovecha las ventajas del PN Empalme No es el hecho de que una pieza de tipo P y otra de tipo N estén una al lado de la otra, sino que están tan cerca (es decir, a nivel atómico) que hay migración en el Empalme

Un diodo como unión P-N se convierte muy, muy rápidamente en P-dep-N al migrar la carga. Esta región de agotamiento es la responsable de producir la caída de tensión necesaria de unos 0,6 V. Si se aplica una polarización inversa a un diodo, esta región de agotamiento crece HASTA que se aplica demasiada tensión y todo el dispositivo se rompe.

Ahora tome un BJT: N-P-N. Esto se convierte MUY rápidamente en N-dep-P-dep-N que es de nuevo donde viene el requisito de 0,6Vbe.
Si inyectas carga en la base dopada con P, estos portadores minoritarios son arrastrados a la región de agotamiento y polarizan hacia adelante la B-E (que es similar a un diodo), pero al hacer esto la otra unión P-E (C-B) está igualmente influenciada.

Ahora bien, si tomas dos diodos, dos diodos PN y los colocas en una placa de circuito impreso lo que obtienes es:

--trace--N-dep-P---trace---P-dep-N--trace No está produciendo una unión P-N necesaria entre los dos intentos de producir una base. No hay movilidad de carga de la minoría.

Ahora redúzcalo, acérquelo más y más y más, al nivel del sustrato y en algún momento empezará a tener alguna forma de migración de carga ocurriendo PERO las geometrías son tales que está haciendo un N-P-N dopado extremadamente pobre

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¿Has leído la pregunta a la que se refiere el OP? El objetivo es romper el mito que parafraseas en tu respuesta.

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