Transistor (BJT) como dos diodos

Intencionalmente no quería entrar en este nivel de detalles en la pregunta a la que se hace referencia porque esto complicaría aún más la respuesta (que ya había sido bastante complicada), por lo tanto, me alegro de que haya decidido hacer una nueva pregunta y no solo publicarla. como comentario.

Restringamos nuevamente la discusión a la siguiente configuración:

De hecho, esto parece un poco extraño: ¿por qué los portadores pueden ser barridos (difusos) a través de un monolítico?$p$base en una estructura NPN, pero no se puede transportar entre dos adyacentes$p$lados de los diodos a través de un alambre de metal? ¿Por qué el metal causa tal diferencia?

Contacto metal-semiconductor

La respuesta tiene sus raíces en la naturaleza de los contactos metal-semiconductor. Dichos contactos poseen un comportamiento de rectificación, que es muy similar al comportamiento de los diodos PN. De hecho, si conectas un metal a$p$semiconductor de tipo - el metal se comporta como un muy fuertemente dopado$n$tipo. Podrías llamar al diodo resultante un$N^{+++}P$diodo, pero son más conocidos como diodos Schottky .

Sin embargo, si cada contacto es equivalente a un diodo Schottky, ¿por qué no tenemos en cuenta estos diodos al analizar incluso un diodo PN independiente? Este diodo tiene dos contactos, por lo tanto, debe representarse como un diodo PN intercalado entre dos diodos Schottky, ¿verdad? Bueno, si este fuera el caso, los semiconductores nunca tendrían la importancia que tienen hoy.

Recuerde que la distribución del ancho de la región de empobrecimiento en un diodo PN regular se rige por los niveles de dopaje relativos de la$p$y$n$regiones - la región de agotamiento se extiende principalmente en el lado dopado más ligero. Una unión metal-semiconductor es el caso extremo de una unión PN: la región de agotamiento está presente solo en el lado del semiconductor, y cuanto más dopado esté el semiconductor, más estrecha será esta región de agotamiento:

Cuando el ancho de la región de agotamiento se vuelve muy pequeño, aparece un efecto de mecánica cuántica llamado efecto túnel . De una manera muy simplificada, puede pensar en los portadores de carga como capaces de "pasar a través de la pared": pueden desaparecer en un lado de la unión y reaparecer en el otro lado. Este efecto permite que los portadores de carga superen la restricción de rectificación impuesta por una unión metal-semiconductor; ahora pueden ser barridos en cualquier dirección a través de la unión. Dado que se puede demostrar que la velocidad a la que los portadores hacen túneles a través de la unión tiene una dependencia lineal de la polarización aplicada, estos contactos de túnel se conocen como contactos Schottky Ohmic, o simplemente contactos Ohmic .

Esto no está directamente relacionado con su pregunta, pero puede ser útil recordar que estos son los contactos óhmicos que se utilizan para conectar los semiconductores que forman un dispositivo con el metal de las interconexiones y los cables (a menos que esté explícitamente interesado en lograr rectificación). Por lo tanto, el diodo PN habitual está compuesto por más de dos regiones semiconductoras:

El propósito de la región adicional ($p^+$para$pn^+$diodo;$n^+$para$p^+n$diodo) es permitir la formación de un contacto óhmico entre un lado ligeramente dopado y un metal.

¿Entonces por qué no?

Hasta ahora esto era una introducción. Ahora entiendes por qué omití esta explicación en la respuesta original, ¿verdad? :)

Ahora tenemos suficientes antecedentes para abordar la pregunta: ¿por qué los transportistas pueden ser barridos a través del$p$tipo Base, pero no a través del metal?

La diferencia aquí es que en las estructuras NPN los portadores se difunden, se mueven como resultado de los gradientes de concentración. No hay necesidad de ningún campo eléctrico que haga que los portadores se desvíen hacia la unión CB. De hecho, este movimiento de difusión es una especie de "contra el campo" porque la polarización positiva conectada al electrodo base "tiende a atraer" los electrones.

En la configuración de dos diodos espalda con espalda, los electrones son capaces de hacer un túnel desde el diodo inferior hacia el cableado de metal (debido a$V_{BE}$), pero no hay un campo eléctrico que los haga pasar del alambre de metal al diodo superior. ¿Por qué no hay campo eléctrico? Porque no importa cuál sea el voltaje a través del diodo PN con polarización inversa, cae sobre la región de agotamiento interno (que se expande para "acomodar" este exceso de voltaje). Por lo tanto, no hay caída de voltaje en el contacto del diodo superior, y todos los electrones que atraviesan el cable son barridos hacia la fuente de alimentación (despreciando la corriente de fuga del diodo superior).

Un BJT es un dispositivo NPN que aprovecha la unión PN que es clave aquí. no es el hecho de que una pieza de tipo P y tipo N estén uno al lado del otro, están tan cerca (es decir, a nivel atómico) que hay migración en el cruce

Un diodo como unión PN se convierte muy, muy rápidamente en P-dep-N a medida que migra la carga. Es esta región de agotamiento la responsable de producir la caída de voltaje requerida de alrededor de 0,6 V. Polariza inversamente un diodo y esta región de agotamiento crece HASTA que se ha aplicado demasiado voltaje y todo el dispositivo se descompone.

Ahora tome un BJT: NPN. Esto MUY rápidamente se convierte en N-dep-P-dep-N, que es nuevamente de donde proviene el requisito de 0.6Vbe.
Si inyecta carga en la base dopada con P, estos portadores minoritarios se arrastran hacia la región de agotamiento y polarizan hacia adelante el BE (que es similar a un diodo), pero al hacer esto, la otra unión PE (CB) está igualmente influenciada.

Ahora, si toma dos diodos, dos diodos PN y los coloca en una PCB, lo que obtiene es:

--trace--N-dep-P---trace---P-dep-N--trace No está produciendo una unión PN requerida entre los dos intentos de producir una base. No hay movilidad de carga minoritaria.

Ahora redúzcalo, acérquelos más y más y más, a nivel de sustrato y en algún momento comenzará a tener algún tipo de migración de carga PERO las geometrías son tales que está haciendo un NPN dopado extremadamente pobre