En física de semiconductores, ¿cuál es la diferencia entre estado estacionario y equilibrio ? ¿Cómo varía el análisis de dispositivos en estos procesos?
"Equilibrio" significa equilibrio térmico. El sólido tiene una temperatura bien definida y una energía de Fermi constante. La energía de Fermi es un valor de energía con el que se comparan los niveles de energía para determinar qué tan ocupado (o no) está un nivel de energía. Generalmente, cuando el nivel de Fermi es constante en todo un sólido, los electrones se difunden por igual en todas las direcciones.
"Estado estacionario" significa que las propiedades del sistema no cambian con el tiempo. Los estados de no equilibrio pueden ser estados estacionarios si existe una fuente de energía para mantener la condición de no equilibrio. Sin la fuente de energía, el sistema se establecería rápidamente en un estado de equilibrio.
Una unión pn (diodo eléctrico) sin voltaje aplicado está en un estado de equilibrio. El mismo diodo con un voltaje aplicado a través de él está en un estado de no equilibrio, pero estable. El voltaje aplicado aumenta la energía de Fermi en un lado de la unión en relación con el otro, y la fuente de voltaje (energía) mantiene esa diferencia en la energía de Fermi. Los electrones se difunden preferentemente en una dirección. Las propiedades del sistema no cambian con el tiempo, pero el estado es de no equilibrio.
El análisis de estos estados es más o menos el mismo en ambos casos. La física del estado sólido, la mecánica estadística y la teoría del transporte se aplican a ambos casos. Sin embargo, las condiciones bajo las cuales se realiza el análisis cambian. Por ejemplo, en una unión pn polarizada, se debe establecer la condición de que la energía de Fermi cambie en la unión.
Carlos Witthoft