Aquí dice que:
Cuando un transistor está APAGADO, existe una barrera potencial entre la fuente y el drenaje.
No sé exactamente qué es una barrera potencial. Si tuviera que hacer una conjetura, sería una barrera que un electrón debe superar para llegar al drenaje, desde la fuente. Si no desea que el electrón llegue al drenaje (es decir, el transistor está "apagado"), hace que la barrera sea más difícil de superar. Sin embargo, esta suposición plantea preguntas (la más importante es si la suposición es correcta o no):
¿Qué clase de barrera es esta? Obviamente, una barrera 'potencial', pero ¿cómo funciona esto?
¿Se elimina esta barrera si desea que un transistor esté encendido?
Para la primera respuesta, esta barrera se debe a los diferentes materiales utilizados para construir el transistor. Piense en cada conexión en el transistor como un diodo.
Ahora, la fuente puede ser de material de tipo n (es decir, tener electrones libres extra) y el sustrato puede ser de material de tipo p (es decir, tener huecos extra - cargas positivas). Ahora, si no aplica ningún voltaje externo, habrá un estado de equilibrio en el que los electrones en el borde del material de tipo n cruzarán al sustrato de tipo p. Esto daría como resultado la formación de una región de agotamiento neuronal de carga, y cualquier nuevo electrón que ahora necesite cruzar al sustrato de tipo p requeriría un voltaje externo adicional.
Este voltaje es su potencial de barrera.
Cuando aplica un voltaje externo, este potencial de barrera se reduce a medida que los electrones pueden fluir más libremente, lo que enciende el diodo.
¿Por qué te refiero a los diodos? Es porque un transistor puede considerarse como un dispositivo con dos diodos conectados uno tras otro. Una vez que comprenda cómo funciona un diodo, ¡los transistores se volverán fáciles!
Es el potencial mínimo de un transistor de un material dado para superar la energía mínima para que el electrón se libere de la sustancia.
Mi conocimiento de la física de transistores está desactualizado, pero déjame intentarlo. Cuando los físicos hablan de "potencial", se refieren a energía (en realidad, energía potencial por unidad de carga).
Imagine (como en los viejos días del tubo de vacío) un electrón moviéndose entre dos placas cargadas. El electromagnetismo básico dice que hay un campo eléctrico constante entre las placas. Para atravesar las placas, una carga eléctrica (por ejemplo, un electrón) debe tener cierta cantidad de energía cinética. El campo eléctrico creado por las cargas en la placa contribuye a la energía potencial del sistema. La diferencia entre la energía potencial por unidad de carga en cada placa debido al campo eléctrico se denomina diferencia de potencial o voltaje.
Vemos esto principalmente en dos áreas: los electrones se empujan entre placas en un tubo de vacío y los aceleradores de partículas. Los físicos de partículas son vagos. En lugar de usar ergios o julios para describir este tipo de energías, usan una nueva unidad, el electrón-voltio o eV para abreviar (así como el KeV--Kilo-eV, el Mev Million-eV, GeV, Giga-eV, TeV Tera-eV etc.)
Entonces, ¿cómo se aplica esto a los transistores? Dentro de un semiconductor dopado hay una sopa de átomos, iones, electrones. Los electrones no están obligados a ir a ninguna parte. Es como un conductor. Pero en la superficie del material, los iones se acumulan para formar una carga neta.
Así que ahora imagine dos semiconductores dopados de manera opuesta sentados en el vacío. La superficie de los dos forma algo similar a las placas cargadas de arriba. Ahora acerque las superficies. La diferencia de potencial sigue ahí. Los electrones necesitarán energía para ir de un lado al otro. Bueno (como un diodo) a través de una barrera pn. Una barrera np no ofrece un obstáculo. Pero después atraviesa una barrera y luego se encuentra con otra barrera del tipo opuesto. Entonces la corriente no puede fluir.
Ahora necesitamos un pequeño truco de la mecánica cuántica. Imagina una canica sobre una superficie lisa con una colina. Esa canica puede moverse mucho, pero solo puede llegar a la mitad de la colina. No tiene suficiente energía para ir más alto.
Esa canica no puede llegar al otro lado (supongamos que no puede dar la vuelta a la colina). Si la canica pudiera llegar al otro lado, podría existir perfectamente bien, pero la colina está en el camino. Introduzca la mecánica cuántica. Si esa colina fuera lo suficientemente pequeña y la canica fuera lo suficientemente pequeña, habría alguna probabilidad de que la canica apareciera en el otro lado de la colina. En realidad, la hay, pero para el caso estándar, la probabilidad es algo así como uno en un billón por un billón por un billón... efectivamente cero. Sin embargo, para los electrones que intentan atravesar una barrera de potencial, los números funcionan mucho mejor.
Así que ahora tienes la posibilidad de que los electrones simplemente salten al otro lado de la barrera, por cierto, este efecto se llama tunelización cuántica. Para un transistor no polarizado, esto sigue siendo increíblemente pequeño, pero si polariza el transistor, extrae cargas de la superficie y reduce la barrera que el electrón tiene que cruzar, aumenta la probabilidad de que los electrones se crucen.
Entonces, para resumir, en las superficies donde se encuentran dos semiconductores hay una distribución de cargas debido al dopaje. Esas cargas forman una barrera eléctrica para los electrones que cruzan la barrera. La polarización del transistor hace que los iones se alejen de la superficie, reduce la barrera, no lo suficiente como para permitir que los electrones se crucen mecánicamente, pero para permitir que los electrones hagan un túnel mecánicamente cuántica. Cuanto más sesgo, más pequeña la barrera, mayor probabilidad de que los electrones tunelen, más electrones ese túnel.
Los semiconductores de tipo N tienen más electrones libres que los semiconductores intrínsecos y que los semiconductores de tipo p. Los semiconductores de tipo P tienen más espacios vacíos que los otros dos casos. Naturalmente, cuando hay proximidad entre ambos, la energía térmica los hace moverse para llenar esos espacios vacíos (son de menor energía). En resumen, tenemos electrones en el lado n que podrían estar en un estado de menor energía en el otro lado debido a los espacios vacíos agregados por los átomos aceptores. Estos electrones se difunden debido a la agitación térmica y eventualmente llenan esos espacios.
Esa difusión deja atrás cationes (sin sus electrones para neutralizar globalmente) y forma aniones. Eso significa que hay una región espacial con carga neta que se forma alrededor de la unión. Esta carga significa un campo eléctrico de los cationes a los aniones y este campo eléctrico se opone a una mayor difusión (alcanzando finalmente un equilibrio si no hay polarización). Esta región del campo eléctrico evita que los electrones se muevan de n a p y es la barrera de potencial que existe entre los dispositivos semiconductores.
En particular, en los MOSFET de mejora, la barrera de potencial impide la difusión tanto desde la fuente al sustrato como desde el drenaje al sustrato. Si lo elimina, aún no obtiene corriente porque esos flujos de charrier se oponen entre sí. Debe proporcionar un campo eléctrico externo para empujarlos desde la fuente hasta el drenaje. (A priori, podrían moverse del drenaje a la fuente, pero generalmente el terminal del sustrato está en cortocircuito a uno de esos y al que llamamos fuente. Hacemos esto para evitar la polarización directa de la unión pn formada entre cualquiera de ellos y el sustrato).
LvW