Tema: Mecanismos de Conducción Eléctrica

1. CONDUCCION ELECTRICA

2. CONDUCCION
Proceso que ocurren en un material en equilibrio o no:
Generación,
Recombinación,
Mov. Térmico de electrones,
Vibración de la red,
Choques de electrones con la red,
Alteración sobre los e debido a las impurezas.
Semiconductores fuera del equilibrio
Procesos de movimiento neto: Arrastre y Difusión.

3. MECANISMOS DE CONDUCCIÓN
Arrastre de Campo Eléctrico
Difusión

4. ARRASTRE DE CAMPO ELÉCTRICO
vd = μ E
vd ≈ ( q . tcol / m* ) . E = μ E
J = n q v = n q μ E
ρ = E / J = 1 / q n μ
ρ = E / J = 1 / q (n μn+ p μp)
v= a.t , a=F/m* , F=qE

5. VARIACIÓN DE LA MOVILIDAD
Vibración de la red: Temperatura  ∼T-3/2
Centros de dispersión: Impurezas  ∼ T 3/2
/ Nimp
1/µ = 1/µI + 1/µL

6. EFECTO SOBRE LA CONDUCCIÓN EN SEMIC EXTRÍNSECOS
µ
T

7. CONDUCCIÓN BAJO LA TEORÍA DE BANDAS
Dos aspectos a considerar:
Para los electrones en la banda de conducción, en un material no
polarizado, la energía potencial puede considerarse una función constante
cuyo valor está representado por el nivel inferior de la banda (EC). La diferencia
entre la energía total (nivel permitido) y la potencial nos muestra la energía
cinética del electrón. El valor cero del eje de energía puede estar localizado en
cualquier parte.
Ante la presencia de un potencial externo aplicado a un semiconductor:
la energía potencial y por lo tanto las bandas se inclinan (curvan).
El análisis para los huecos es análogo siendo la energía potencial el valor EV
EREF=0
EC=EPotencial
EF
EIMP.
EV
ECinética
EG

8. CONDUCCIÓN BAJO LA TEORÍA DE BANDAS
Observar:
•Cambio en el nivel de Fermi
•Aceleración de portadores
•Pérdida de Energía  Efecto
Joule
Considerar cuántica:
•Nivel desocupado (Pauli)
Semiconductor Polarizado

9. Efectos de Ruptura
TunelAvalancha
Conducción sin liberación ni pérdida
de energía

10. Semiconductor en Equilibrio
n * p = ni
2
Semiconductor en FUERA
del Equilibrio
n * p > ni
2
 Inyección
O
n * p < ni
2
 Extracción
BALANCE DE PORTADORES: LEY DE ACCION DE MASAS

11. Inyección a Bajo Nivel: Variación de portadores << Impurificación
Inyección a Alto Nivel: Variación de portadores ∼ Impurificación
pn0 = ni
2
/ ND << ∆ pn << ND
pn0 = 1020
/1016
= 104
<< 1012
<< 1016
nn0 = ND >> ∆ nn << 1016
1016
>> 1012
<< 1016
pn0 = ni
2
/ ND << ∆ pn > ND
pn0 = 1016
/1010
= 104
<< 1017
> 1016
nn0 = ND < ∆ nn > 1016
port. minoritarios
port. mayoritarios
port. minoritarios
port. mayoritarios
NIVELES DE INYECCIÓN

12. Tiempo de Vida τ
pn( t ) = pn0 + ( pL − pn0 ) e -t / τ
Inyección a Bajo Nivel - RETORNO AL EQULIBRIO
τp = 1 / k .nn0

13. Longitud de Difusión L
Inyección a Bajo Nivel - RETORNO AL EQULIBRIO
pn( t ) = pn0 + ( pn(0) − pn0 ) e -t / L

14. Inyección a Bajo Nivel - Difusión
Dn: Difusividad o Constante de Difusión
(en este caso de los electrones)
Relación de Einsteinµ×
×
=
q
TK
D
x
n
DqJ nn
∂
∂
××−=

15. Relación entre el Tiempo de Vida y la Longitud de Difusión
ppp DL τ×=
Inyección a Bajo Nivel

16. Estados Metaestables  efecto laser
Recombinación de superficie
Semiconductor dopado asimetricamente

17. Constantes Universales

18. Constantes de los Materiales Semiconductores