Dispositivos semiconductores: polarización de la unión
El término sesgo se refiere a la aplicación de voltaje de CC para configurar ciertas condiciones de operación. O cuando se aplica una fuente externa de energía a una unión PN, se denomina voltaje de polarización o simplemente polarización. Este método aumenta o disminuye el potencial de barrera de la unión. Como resultado, la reducción del potencial de barrera hace que los portadores actuales regresen a la región de agotamiento. Las siguientes dos condiciones de polarización se aplican a las uniones PN.
Forward Biasing - Se agrega una tensión externa de la misma polaridad al potencial de barrera, lo que provoca un aumento en el ancho de la región de agotamiento.
Reverse Biasing - Una unión PN está polarizada de tal manera que la aplicación de la acción de voltaje externo evita que los portadores de corriente entren en la región de agotamiento.
Sesgo hacia adelante
La siguiente figura muestra un diodo de unión PN polarizado hacia adelante con voltaje externo aplicado. Puede ver que el terminal positivo de la batería está conectado al material P y el terminal negativo de la batería está conectado al material N.
A continuación se presentan las observaciones:
Este voltaje de polarización repele la mayoría de los portadores de corriente de cada material de tipo P y N. Como resultado, comienzan a aparecer una gran cantidad de huecos y electrones en la unión.
En el lado N de la unión, los electrones se mueven para neutralizar los iones positivos en la región de agotamiento.
En el material del lado P, los electrones son arrastrados por los iones negativos, lo que hace que se vuelvan neutros nuevamente. Esto significa que la polarización directa colapsa la región de agotamiento y, por lo tanto, también el potencial de barrera. Significa que cuando la unión PN está polarizada hacia adelante, permitirá un flujo de corriente continuo.
La siguiente figura muestra el flujo de portadores de corriente de un diodo polarizado hacia adelante. Un suministro constante de electrones está disponible debido a una fuente de voltaje externa conectada al diodo. El flujo y la dirección de la corriente se muestran mediante flechas grandes fuera del diodo en el diagrama. Tenga en cuenta que el flujo de electrones y el flujo de corriente se refieren a lo mismo.
A continuación se presentan las observaciones:
Suponga que los electrones fluyen a través de un cable desde el terminal negativo de la batería hasta el material N. Al entrar en este material, fluyen inmediatamente hacia el empalme.
Del mismo modo, en el otro lado se extrae un número igual de electrones del lado P y se devuelven al terminal positivo de la batería. Esta acción crea nuevos agujeros y hace que se muevan hacia el cruce.
Cuando estos huecos y electrones llegan a la unión, se unen y desaparecen efectivamente. Como resultado, surgen nuevos huecos y electrones en los extremos exteriores del diodo. Estos operadores mayoritarios se crean de forma continua. Esta acción continúa mientras se aplique la fuente de voltaje externa.
Cuando el diodo está polarizado hacia adelante, se puede notar que los electrones fluyen a través de toda la estructura del diodo. Esto es común en el material tipo N, mientras que en el material P, los orificios son los portadores de corriente en movimiento. Observe que el movimiento del agujero en una dirección debe comenzar por el movimiento de los electrones en la dirección opuesta. Por lo tanto, el flujo de corriente total es la suma de huecos y los electrones fluyen a través de un diodo.
Sesgo inverso
La siguiente figura muestra un diodo de unión PN con polarización inversa con voltaje externo aplicado. Puede ver que el terminal positivo de la batería está conectado al material N y el terminal negativo de la batería está conectado al material P. Tenga en cuenta que en tal disposición, la polaridad de la batería es oponerse a la polaridad del material del diodo para que se atraigan cargas diferentes. Por lo tanto, la mayoría de los portadores de carga de cada material se alejan de la unión. La polarización inversa hace que el diodo no sea conductor.
La siguiente figura muestra la disposición de la mayoría de los portadores de corriente en un diodo de polarización inversa.
A continuación se presentan las observaciones:
Debido a la acción del circuito, los electrones del material N son empujados hacia el terminal positivo de la batería.
Cada electrón que se mueve o sale del diodo hace que emerja un ion positivo en su lugar. Como resultado, esto provoca un aumento equivalente en el ancho de la región de agotamiento en el lado N de la unión.
El lado P del diodo tiene un efecto similar al del lado N. En esta acción, varios electrones salen del terminal negativo de la batería y entran en el material tipo P.
Estos electrones se mueven de inmediato y llenan varios huecos. Cada agujero ocupado se convierte entonces en un ion negativo. Estos iones, a su vez, son repelidos por el terminal negativo de la batería y conducidos hacia la unión. Debido a esto, hay un aumento en el ancho de la región de agotamiento en el lado P de la unión.
El ancho total de la región de agotamiento depende directamente de una fuente de voltaje externa de un diodo con polarización inversa. En este caso, el diodo no puede soportar eficazmente el flujo de corriente a través de la amplia región de agotamiento. Como resultado, la carga potencial comienza a desarrollarse a través de la unión y aumenta hasta que el potencial de barrera es igual al voltaje de polarización externo. Después de esto, el diodo se comporta como no conductor.