tiempo de vida de portadores minoritarios? ¿Por qué es importante para la velocidad de conmutación de los dispositivos? ¿Por qué no los transportistas mayoritarios?

Considerando un diodo en serie con una resistencia R conectado a una fuente de tensión$V_i$.

Una vez que el diodo se enciende y ha alcanzado una condición de estado estable, la corriente directa es$I_f = V_i/R$. Ahora el voltaje de entrada se invierte repentinamente. En particular, la corriente aplicada al diodo se invierte repentinamente para$I_r$. Notará que aunque la corriente aplicada se invierte al mismo tiempo que el voltaje de entrada$V_i$, el voltaje del diodo no lo hace. Esto ocurre porque los transportistas minoritarios que se establecieron en la región de cruce con$I_f$primero debe ser barrido (recombinado con carga de polaridad opuesta), de la misma manera que uno tendría que descargar un capacitor a carga y voltaje cero antes de poder recargarlo con la polaridad opuesta.

Este efecto da lugar al tiempo de retardo de almacenamiento$t_s$(ver: Tiempo de recuperación de Revere ). El tiempo de almacenamiento ocurre cada vez que un diodo cambia de conducción directa a polarización inversa, y es una consecuencia del almacenamiento del exceso de portadores minoritarios en las regiones neutras del diodo. El tiempo de retardo de almacenamiento se puede reducir eliminando los portadores almacenados más rápido, lo que se logra reduciendo la vida útil τ o aumentando la corriente inversa$I_r$.

El tiempo de subida/bajada de la conmutación aumenta con el tiempo de almacenamiento$t_s$, que depende de τ. O la velocidad de conmutación depende del tiempo de vida del operador minoritario. Y es por eso que el tiempo de vida de los operadores minoritarios es importante al cambiar de aplicación.

Consulte también el artículo Tiempo de recombinación en diodos semiconductores .

Hablando intuitivamente:

Cuando un diodo tiene polarización inversa, hay una capa "neutra" alrededor de la unión PN, debido a la difusión de electrones desde el lado dopado con N hacia los orificios del lado dopado con P (que también pueden considerarse como orificios que se difunden hacia el lado N). Los electrones del lado N se convierten en portadores minoritarios en el lado P, y los huecos del lado P son portadores minoritarios en el lado N.

La región neutra es clave para la polarización inversa porque "parece" un cristal sin dopar: un no conductor en lugar de un semiconductor: no tiene exceso de electrones ni huecos, lo que dificulta el movimiento de la carga.

Cuando cambia un diodo de polarización directa a inversa, tiene que volver a este estado antes de que deje de conducir.

La vida útil de un portador minoritario es el tiempo promedio que puede pasar en el cristal con dopaje opuesto antes de combinarse: cuánto tiempo puede "rebotar" un electrón en un semiconductor dopado con P antes de caer en un agujero, o cuánto tiempo puede persistir un agujero en un semiconductor dopado con N antes de llenarse con un electrón adicional.

Cuanto más largo sea este tiempo, más se tarda en formar la región neutra de la polarización inversa, porque mientras los portadores minoritarios siguen rebotando, llevan corriente.

Esta es la razón por la que los portadores minoritarios son importantes: son los portadores de "tipo opuesto" en el lado opuesto de la unión que crean la sección "prácticamente sin dopar" que parece una pieza de silicio no conductora, una vez que se recombinan con un portador mayoritario.

Los portadores mayoritarios no importan porque son pasivos: se considera que simplemente "se sientan allí" en el enrejado esperando al portador minoritario.

La razón por la que los portadores minoritarios tienen una vida útil es que la red no está totalmente dopada. Solo una pequeña fracción de los átomos tiene un hueco o un electrón sobrante. Así que considere un agujero que se mueve en un cristal dopado con N. Mientras rebota dentro de los átomos de silicio que tienen una capa de valencia completa, no puede asentarse. Un agujero en uno de estos átomos es un estado inestable de alta energía. El agujero tiene que encontrar un átomo de arsénico que tenga un electrón excedente para crear esa capa estable de ocho. Encontrar ese átomo no es instantáneo; Toma tiempo. De manera similar, un electrón adicional tiene que encontrar un agujero para "caer": un átomo de galio.