Transistor | Sus características importantes | Band gap directo e indirecto

Contenido

En este artículo discutiremos sobre los conceptos básicos relacionados con el transistor y sus características. 

¿Qué es un transistor?

Definición de un transistor:

“El transistor es un dispositivo semiconductor con tres partes de conexión. Este dispositivo se utiliza principalmente para aplicaciones de amplificación y conmutación de señales electrónicas ”.

Características de un transistor:

  • Un transistor representa la relación entre corriente y voltajes.
    • Es una red de dos puertos en general
    • Cada uno de los modos de transistor tiene diferentes características de entrada, características de salida y características de transferencia de corriente.
    • Un transistor tiene tres polos, y cada uno de los polos está hecho principalmente de sustrato tipo N y tipo P.

Un transistor consta de tres terminales

  • Emisor
  • Base
  • Coleccionista

El transistor se ha dividido en dos categorías clave

  • Transistor de unión bipolar (BJT)
  • Transistor de efecto de campo (FET)

También existen tres modos en un transistor

  • Emisor común o modo CE
  • Modo base común o CB
  • Colector común o modo CC

Diagrama de transistor PNP y NPN

Transistor PNP y NPN
Transistor PNP y NPN

Para saber más sobre los transistores PNP y NPN, primero, tenemos que saber sobre los semiconductores de tipo P y tipo N.

¿Qué es un semiconductor tipo P?

Un semiconductor tipo P (enlazar) es un tipo de semiconductor cuando se agrega alguna impureza (principalmente trivalente) al semiconductor intrínseco o puro. En estos tipos, los huecos son mayoritarios y la electrónica son portadores minoritarios. Las impurezas trivalentes pueden ser boro (B), galio (Ga), etc.

¿Qué es un semiconductor tipo N?

Un semiconductor de tipo N es un tipo de semiconductor cuando algunas impurezas (principalmente pentavalentes) se dopan a un semiconductor extrínseco. En esto, los electrones son portadores mayoritarios o primarios, y los huecos son portadores minoritarios o secundarios.

Algunos de los ejemplos son fósforo (P), arsénico (As), etc.

En los semiconductores tipo N y tipo P, observamos diferentes tipos de "bandas de energía" que juegan un papel importante en la función de un transistor; son:-

Crédito de la imagen: Tem5psuDopaje N y PCC BY-SA 4.0

¿Qué es Band Gap?

Brecha de banda

"Band Gap se refiere a la diferencia de energía entre la parte superior de la banda de cenefa y la parte inferior de la banda de conducción en un aislante y semiconductor".

, Este es un rango de energía para sólidos básicamente donde no pueden existir estados de electrones.

Diagrama de brecha de banda

Espacio prohibido

, En un sólido, el rango de energías que un electrón dentro de un sólido puede tener una banda de energía, y un rango de energía que puede no tener se llama brecha prohibida.

Diagrama de espacio prohibido
Crédito de la imagen: S-keiBandGap-Comparación-confermi-ECC BY-SA 2.5

Banda de cenefa y banda de conducción

En estados sólidos, la banda de cenefa y las bandas de conducción son las bandas más cercanas al nivel de Fermi (una cantidad termodinámica denotada por µ) y determinan la conductividad eléctrica de los sólidos.

Banda de conducción y cenefa

Para construir un transistor, necesitamos dos tipos de semiconductores, que son:

1. Semiconductor intrínseco

Semiconductor intrínseco
  • - Los materiales están en forma pura.
  • - Baja conductividad eléctrica
  • - No de electrones libres en la banda de conducción = No de los agujeros en la banda de la cenefa
  • - La conductividad eléctrica se verá influenciada por la temperatura.

2. Semiconductor extrínseco

Semiconductor extrínseco

Los semiconductores extrínsecos se dividen en otros dos tipos

  • tipo n
  • tipo p
  • - Material impuro dopado con dopantes tipo py tipo n
  • - Los números de huecos y electrones no son iguales
  • - Alta conductividad eléctrica.
  • - Las impurezas como Sb, P, ln, Bi están dopadas con átomos de silicio y germanio.

Bandgap directo e indirecto

En la electrónica de semiconductores, la banda prohibida de un semiconductor se puede clasificar en formas básicas como sigue:

  • Bandgap directo
  • Bandgap indirecto.
Bandgap directo

Bandgap indirecto

Dependiendo de las estructuras de las bandas, las sustancias tienen una banda prohibida directa o una banda prohibida indirecta.

  • La banda prohibida directa ocurre cuando el impulso del nivel de baja energía de la región conductora y el nivel de alta energía de la región de valencia son similares.
  • La banda prohibida indirecta ocurre cuando el impulso del nivel de baja energía de la región conductora y el nivel de alta energía de la región de valencia no son similares.
  • Cuando un electrón tiene suficiente energía, puede llegar a la banda conductora. En este proceso, se emiten fotones.  
  • Para un material de banda prohibida indirecta, tanto el fotón como el fonón se han incluido en una transición desde la parte superior de la banda de valencia superior a la banda de conducción inferior.

El estado de energía máxima en la banda de valencia y el estado de energía mínima en la banda de conducción se distinguen por el vector k de las zonas de Brillouin o un momento cristalino particular. En el caso de que los k-vectores sean distintos, la sustancia tiene un "espacio indirecto". La banda prohibida se conoce como directa si el movimiento cristalino de huecos y electrones es igual en las bandas de conducción y valencia; un e, podría emitir un fotón. No se puede emitir un fotón dentro de un espacio "indirecto" ya que el electrón tiene que pasar a través de uno intermedio y transferir el impulso a la red cristalina.

¿Qué son los materiales semimetálicos?

En determinadas sustancias con brecha directa, el valor de la diferencia es negativo. Estas sustancias se denominan semimetales.

Efecto Moss-Burstein

El efecto Moss-Burstein o cambio Burstein-Moss es el prodigio en el que la banda prohibida de un semiconductor puede aumentar.

  • Esto se observa en una distribución de electrones degenerada o en alguna variante de semiconductores.  
  • Según el cambio de Moss-Burstein, la brecha de banda es
Efecto Moss-Burstein

Brecha de banda aparente = Brecha de banda real + Cambio de Moss-Burstein

En semiconductores aparentemente dopados, el nivel de Fermi se encuentra entre las bandas de valencia y conducción.

Por ejemplo, en un semiconductor de tipo n, a medida que aumenta la concentración de dopaje, los electrones se pueblan en las regiones de conducción que obligan al nivel de Fermi a una etiqueta energética más alta.

El nivel de Fermi se encuentra en la banda de conducción para una cantidad degenerada de dopaje. El principio de exclusión de Pauli prohíbe la excitación para estos estados preocupados. Por lo tanto, se observa un aumento aparentemente en la banda prohibida.

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Acerca de Soumali Bhattacharya

Actualmente me dedico al campo de la Electrónica y la comunicación.
Mis artículos se centran en las principales áreas de la electrónica básica en un enfoque muy simple pero informativo.
Soy un aprendiz vivo y trato de mantenerme actualizado con las últimas tecnologías en el campo de los dominios de Electrónica.

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