¿Qué es una unión PN?

¿Qué es una unión PN?

Definición de la unión PN

Una unión PN se define como la interfaz entre materiales semiconductores de tipo p y n en un solo cristal.

Crear una unión PN

Ahora examinemos cómo se crea esta unión PN. Hay muchos huecos en el semiconductor de tipo p y muchos electrones libres en el semiconductor de tipo n.

En el semiconductor de tipo p, hay un número de átomos de impureza trivalente, y, idealmente, cada hueco en el semiconductor de tipo p está asociado con un átomo de impureza trivalente.

Usamos la palabra 'ideal' porque ignoramos los electrones y huecos generados térmicamente en el cristal. Cuando un electrón llena un hueco, el átomo de impureza asociado con ese hueco se convierte en un ion negativo.

Porque ahora contiene un electrón extra. Como los átomos de impureza trivalente aceptan electrones y se cargan negativamente, la impureza se llama impureza aceptora. Los átomos de impureza reemplazan un número igual de átomos del semiconductor en el cristal y se colocan en la estructura del cristal.

Por lo tanto, los átomos de impureza son estáticos en la estructura del cristal. Cuando estos átomos de impureza trivalente aceptan electrones libres y se convierten en iones negativos, los iones permanecen aún estáticos. De manera similar, cuando un cristal de semiconductor se dopa con impurezas pentavalentes, cada átomo de impureza reemplaza un átomo de semiconductor en la estructura del cristal; por lo tanto, estos átomos de impureza se vuelven estáticos en la estructura del cristal.

Cada átomo de impureza pentavalente en la estructura del cristal tiene un electrón extra en la órbita más externa que puede eliminar fácilmente como un electrón libre. Cuando elimina ese electrón, se convierte en un ion positivamente cargado.

Dado que los átomos de impureza pentavalente donan electrones al cristal de semiconductor, se llaman impurezas dadoras. Discutimos los átomos de impureza aceptora y dadora estática porque juegan un papel clave en la formación de la unión PN.

Vayamos al punto cuando un semiconductor de tipo p entra en contacto con un semiconductor de tipo n, los electrones libres en el semiconductor de tipo n más cercanos a la unión primero migran al semiconductor de tipo p debido a la difusión, ya que la concentración de electrones libres es mucho mayor en la región de tipo n que en la región de tipo p.

Los electrones que llegan a la región p se combinarán con los huecos que encuentren primero. Esto significa que los electrones libres que provienen de la región de tipo n se combinarán con los átomos de impureza aceptora más cercanos a la unión. Este fenómeno forma iones negativos.

A medida que los átomos de impureza aceptora más cercanos a la unión en la región de tipo p se convierten en iones negativos, habrá una capa de iones negativos estáticos en la región p adyacente a la unión.

Los electrones libres en la región de tipo n migrarán primero a la región de tipo p antes que los electrones libres en la región de tipo n lejos de la unión. Esto forma una capa de iones positivos estáticos en la región de tipo n adyacente a la unión.

Después de la formación de una capa suficientemente gruesa de iones positivos en la región de tipo n y iones negativos en la región de tipo p, no habrá más difusión de electrones desde la región de tipo n hacia la región de tipo p, ya que hay una barrera negativa frente a los electrones libres. Estas dos capas de iones forman la unión PN.

Dado que una capa está negativamente cargada y la otra positivamente, se forma un potencial eléctrico a través de la unión, actuando como una barrera de potencial. Este potencial de barrera depende del material semiconductor, el nivel de dopaje y la temperatura.

Se ha encontrado que el potencial de barrera para el semiconductor de germanio es de 0.3 voltios a 25oC, y para el semiconductor de silicio es de 0.7 voltios a la misma temperatura.

Esta barrera de potencial no contiene ningún electrón o hueco libre, ya que todos los electrones libres se han combinado con huecos en esta región y, debido a la disminución de portadores de carga (electrones o huecos) en esta región, también se la llama región de agotamiento. Aunque la difusión de electrones y huecos libres se detiene después de la creación de una capa de agotamiento de cierta espesor, prácticamente este espesor de la capa de agotamiento es muy pequeño, en el rango de micrómetros.