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Tensión de unión P-N bajo polarización

Todos los libros que tratan de la unión p-n bajo polarización aplicada asumen que las mismas ecuaciones utilizadas para el caso de equilibrio (sin polarización) pueden ser utilizadas para el caso polarizado siempre que la tensión de unión $V_{ic}$ se sustituye bt $V_{ic}-V$ , donde $V$ es el sesgo aplicado. Aunque esto puede parecer plausible no veo ninguna razón para que la caída de tensión de la unión sea la $V_{ic}-V$ es decir, ¿por qué se suman simplemente estas tensiones?

¿Hay alguna razón basada en la electrostática / termodinámica fundamental?

Gracias.

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macydanim Puntos 53

El potencial incorporado, $V_{ic}$ se obtiene analizando la situación de equilibrio, en la que las corrientes de deriva y difusión se anulan mutuamente en la región de agotamiento. Este potencial incorporado es necesario para que la corriente no para fluir en el sistema.

Cuando se aplica una tensión externa se espera que fluya algo de corriente, por lo que el potencial incorporado debe ser alterado, de manera que una corriente neta puede flujo en el sistema. La pregunta es, ¿por qué el cambio en el potencial incorporado es exactamente el de la tensión aplicada?

La razón es que en ningún otro lugar del sistema se puede tener una caída tan potencial. Las regiones no agotadas de los lados p y n tienen concentraciones de portadores tan grandes que un campo eléctrico muy pequeño (insignificante) en ellas es suficiente para conducir una corriente a través del sistema. El campo eléctrico insignificante resulta en una caída de potencial insignificante a través de las regiones p y n no agotadas.

Dicho de otro modo, la región de agotamiento tiene una concentración de portadores mucho menor y, por tanto, presenta la mayor resistencia al flujo de corriente en el sistema. El campo eléctrico asociado a la tensión $V$ se suma al campo incorporado en la región de agotamiento, de manera que pueda fluir la cantidad adecuada de corriente.


Por supuesto, la mejor manera de abordar este problema es comenzar con las ecuaciones que gobiernan el transporte en los semiconductores (deriva, difusión, generación+recombinación, etc.) y tratar el voltaje aplicado como una diferencia entre los niveles de cuasi-Fermi en los dos extremos de la unión.

La solución numérica del conjunto de ecuaciones diferenciales mostrará que los resultados del modelo de agotamiento (para la anchura de la región de agotamiento) son una buena aproximación si el potencial incorporado $V_{ic}$ se sustituye por

$$ V_{ic} - V $$

En los libros de texto de introducción, este resultado se cita simplemente como si fuera obvio. Resulta que no es tan obvio, pero es una aproximación bastante buena para esta situación.

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