Una unión PN se forma en el límite entre un semiconductor de tipo N y un semiconductor de tipo P dopando un monocristal semiconductor. Las propiedades de las uniones PN son una de las claves de la electrónica de estado sólido. Las uniones PN son los componentes básicos de la mayoría de los dispositivos electrónicos semiconductores, como células solares, LED, transistores, circuitos integrados y diodos, por lo que son los sitios activos donde se produce la acción electrónica del dispositivo. La unión se comporta de manera bastante diferente que si los materiales de tipo P o tipo N se pusieran en contacto entre sí. La corriente fluye en la dirección de polarización directa pero no en la dirección de polarización inversa, creando un diodo básico.
A partir de la imagen de la unión en la Figura 1, los agujeros de electrones o defectos en la red, representados por los círculos abiertos a la izquierda, actúan como portadores de carga positiva. Los electrones disponibles de los dopantes de tipo N están representados por círculos negros a la derecha de la unión. A medida que los electrones se difunden y se combinan con los huecos, se crea una región de empobrecimiento cerca de la unión. El estado de equilibrio de la unión PN se visualiza en el croquis del nivel de energía superior derecho.
La figura 2 muestra una unión PN en equilibrio térmico con voltaje de polarización cero aplicado. Las líneas azul y roja representan las concentraciones de electrones y huecos, respectivamente. La carga positiva es la zona roja clara, la carga negativa es la zona azul clara y la neutralidad de carga es el área gris. En la parte inferior están el campo eléctrico y la fuerza electrostática sobre electrones y huecos. Sin aplicar un voltaje externo a la unión PN, se alcanza un estado de equilibrio en el que se forma una diferencia de potencial a través de la unión.
La difusión se refiere a la transferencia de carga de electrones y huecos a través de la unión. Las direcciones en las que se mueven los electrones y los huecos debido a la difusión también se muestran en la Figura 2. Este proceso continúa de un lado a otro hasta que el número de electrones que cruzan la unión es lo suficientemente grande como para repeler o evitar que se crucen más portadores. Unión.
h2 Área empobrecida
Cuando se forma una unión PN, algunos de los electrones libres en la región N se difunden a través de la unión y se combinan con huecos para formar iones negativos. Al hacerlo, los cationes en los sitios de impurezas de los donantes quedan atrás. Hay electrones adicionales en la región de tipo N y huecos de las impurezas aceptoras en la región de tipo p. Se crea una región de agotamiento, que inhibe la migración de electrones a menos que sea ayudado por una polarización directa de la unión a medida que se acumula la carga espacial.
La región de agotamiento en la física de semiconductores también se conoce como capa de agotamiento, región de unión, capa de agotamiento o región de carga espacial. Es una región aislante dentro de un material semiconductor dopado y conductor en el que los portadores de carga móviles pueden difundirse o ser forzados a separarse por un campo eléctrico.
Referencias