He estado tratando de entender cómo funcionaba el transistor de contacto puntual de Bardeen-Brattain . El transistor de contacto puntual utiliza barreras Schottky (uniones de metal/semiconductor), entonces, ¿en qué condiciones una barrera Schottky inyectará portadores minoritarios?
En un transistor de unión bipolar, el emisor con polarización directa inyecta portadores minoritarios en la base, que luego se barren a través de la capa de agotamiento del colector de base con polarización inversa.
A primera vista, un transistor de contacto puntual podría funcionar de la misma manera: la barrera rectificadora de Schottky podría inyectar portadores minoritarios del emisor de metal en la base de silicio dopada que luego se barrería a través de la capa de agotamiento de la base polarizada inversa al colector de metal.
Excepto que todos los libros de texto que puedo encontrar dicen cosas sobre las barreras de Schottky como,
En condiciones normales de funcionamiento, la corriente de la portadora minoritaria es mucho más pequeña que la corriente de la portadora mayoritaria. (Sze, Dispositivos Semiconductores , 1985).
O,
la corriente directa... se debe a la inyección de portadores mayoritarios desde el semiconductor al metal. La ausencia de inyección de portadores minoritarios y el tiempo de retraso de almacenamiento asociado es una característica importante de los diodos de barrera Schottky. Aunque se produce alguna inyección de portadores minoritarios a altos niveles de corriente, estos son esencialmente dispositivos de portadores mayoritarios" (Streetman, Solid State Electronic Devices , 1980).
Entonces, ¿qué da? El transistor de contacto de punto solo podría funcionar si se inyecta un contacto de punto de germanio de oro a tipo n. ¿Es quizás el caso de que a altas densidades de corriente la inyección de portadores minoritarios sea bastante común? (Pero los diodos de contacto puntual deben tener densidades de corriente muy altas y, por lo tanto, si esta es la explicación, entonces no tenemos una buena explicación para su buena capacitancia).
Hay mucha información errónea sobre cómo funcionan los transistores de contacto puntual flotando en la web. En la comunidad de "fabricantes", la sugerencia (probablemente del artículo Henderson, PB; Home made transistors, Wireless World , enero de 1954, pp. 20-23 ) es que de alguna manera fundir contactos de punto de fósforo-bronce en germanio tipo N hace una P -tipo dopaje, por lo que los transistores de contacto puntual son en realidad simples transistores de unión PNP. Pero el fósforo es un dopante de tipo N, por lo que parece una explicación poco probable. Jeri Ellsworth repite esta afirmación en su video de Youtube .
La página de Wikipedia , la página de PBS y la página del premio Nobel (ver fotogramas 19-26 de la animación) afirman que los puntos de contacto de alguna manera crean mágicamente una capa de inversión basada en agujeros en toda la superficie del cristal . (Para ser justos con todos ellos, los artículos originales de Bardeen/Brattain en Physical Review (74(2):230-232, julio de 1948) presentaban extensos argumentos sobre estados superficiales que pueden haber confundido el problema).
En el discurso de aceptación del Nobel de Bardeen (publicado en Science, 126: 105-112, 19 de julio de 1957 (paywall) , sin embargo, da la explicación tradicional de un contacto rectificador de Schottky y luego dice (página 109)
Si (la barrera de energía) es lo suficientemente grande, el nivel de Fermi en la interfaz puede estar cerca de la banda de valencia, lo que implica una inversión de la conductividad de tipo n en la masa a la de tipo p cerca del contacto. La región de conducción de huecos se denomina, siguiendo a Schottky, "capa de inversión". Una parte apreciable del flujo de corriente al contacto puede consistir entonces en portadores minoritarios, en este caso, agujeros. Un resultado importante del programa de investigación en Bell Laboratories después de la guerra fue señalar la importancia del flujo de portadores minoritarios.
Así que tengo un premio Nobel diciendo una cosa, y dos eminentes miembros del IEEE diciendo algo que parece contradictorio.
Creo que todos deben tener razón. (Ciertamente no voy a contradecir al dos veces premio Nobel de física John Bardeen ).
Los diodos Schottky tienen tiempos de recuperación inversa muy cortos (cambiando del estado de conducción al de bloqueo), por lo que no puede haber corrientes significativas de portadores minoritarios, porque la extracción de esos portadores minoritarios ralentiza la conmutación de los diodos pn tradicionales.
Por otro lado, el experimento clásico de Haynes-Shockley usa un rectificador puntual específicamente para inyectar portadores minoritarios en un semiconductor. [El experimento mide varias propiedades de estos portadores inyectados y demuestra que, de hecho, son portadores minoritarios. La "Electrónica de semiconductores" de Gibbons incluso incluye un procedimiento detallado de preparación de muestras para una demostración de laboratorio de lo que él llama el "experimento de Shockley-Haynes".]
Shockley, en su conferencia Nobel , incluye una figura 2 que representa la generación de agujeros en un semiconductor de tipo n y afirma que
en un buen punto emisor se puede demostrar que más del 90 por ciento de la corriente es transportada por el proceso que inyecta agujeros en el semiconductor, y menos del 10 por ciento por el proceso que elimina electrones.
Sospecho que la clave está en los detalles de la formación de ese punto "bueno", que podría dar como resultado una estructura de banda de energía completamente diferente en la interfaz que en un diodo Schottky. Sin embargo, eso es solo una sospecha, por lo que esta publicación no es una respuesta satisfactoria.
Andy alias
Lógica errante
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Arte Marrón