1 Dispositivos Semicoductores - DIEC/UNSTemas Fenómenos de Ruptura Juntura: Desviaciones de lo ideal Interfaces Metal-Semiconductor y Diodo Schottky Dispositivos Optoelectrónicos Referencias Dispositivos Semicoductores - DIEC/UNS
2 Fenómenos de Ruptura InversaAvalancha Zener Dispositivos Semicoductores - DIEC/UNS
3 Tensión de ruptura inversaDispositivos Semicoductores - DIEC/UNS
4 Tensión de Ruptura inversaDispositivos Semicoductores - DIEC/UNS
5 Dispositivos Semicoductores - DIEC/UNSAvalancha Cuando aumenta la tensión inversa, la energía transferida por colisión aumenta Cerca de VBR la energía es suficiente para ionizar un átomo semiconductor (impact ionization) Libera un electrón de valencia Efecto “bola de nieve” Incremento de I suave alrededor de VBR VBR aumenta con la Temp. Dispositivos Semicoductores - DIEC/UNS
6 Dispositivos Semicoductores - DIEC/UNSAvalancha Dispositivos Semicoductores - DIEC/UNS
7 Dispositivos Semicoductores - DIEC/UNSTensión de Ruptura cuando Ecr independiente del dopado Dispositivos Semicoductores - DIEC/UNS
8 Dispositivos Semicoductores - DIEC/UNSZener Efecto túnel en un diodo en inversa Partícula atraviesa la barrera (sin modificar su energía o la de la barrera) Dispositivos Semicoductores - DIEC/UNS
9 Dispositivos Semicoductores - DIEC/UNSZener Efecto túnel es significativo: Estados vacíos de un lado, y llenos del otro a la misma energía Ancho de la barrera de potencial pequeño (10nm) Dispositivos Semicoductores - DIEC/UNS
10 Dispositivos Semicoductores - DIEC/UNSZener Cuanto mayor la tensión inversa, mayor la cantidad de estados a ambos lados: mayor corriente inversa En Si, Xd < 10nm, para dopados > 10e17 / cm3 (dopado fuerte en ambos lados) Tensión de ruptura pequeña Efecto dominante cuando VBR < 5V Dispositivos Semicoductores - DIEC/UNS
11 Dispositivos Semicoductores - DIEC/UNSZener y Avalancha Avalancha: VBR aumenta con aumento de Temperatura Zener VBR disminuye con el aumento de la Temperatura Característica de ruptura suave Dispositivos Semicoductores - DIEC/UNS
12 Dispositivos Semicoductores - DIEC/UNSZener y Avalancha Zener ruptura suave Históricamente, se denomina Zener a todos los diodos que utilizan la característica de ruptura (aún cuando el efecto dominante sea avalancha) Dispositivos Semicoductores - DIEC/UNS
13 Juntura: Desviaciones de lo idealDispositivos Semicoductores - DIEC/UNS
14 Dispositivos Semicoductores - DIEC/UNSFactores no ideales Entre 0.35V y 0.7V, pendiente esperada q/KT A tensiones mayores que 0.7V, pendiente disminuye: Altos niveles de I A tensiones menores de 0.35V, mayores corrientes (pendiente q/2KT Recombinación y generación en la zona de vaciamiento También produce incremento de I en inversa Dispositivos Semicoductores - DIEC/UNS
15 Interfaces Metal-Semiconductor y Diodo SchottkyDispositivos Semicoductores - DIEC/UNS
16 Interfaz metal - semiconductorElectron affinity Diff. to Fermi level workfunction Dispositivos Semicoductores - DIEC/UNS
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18 Dispositivos Semicoductores - DIEC/UNSMS diode Forward conduction dominated by electron injection from semiconductor into metal Dispositivos Semicoductores - DIEC/UNS
19 Dispositivos Semicoductores - DIEC/UNSEl diodo Schottky Dispositivos Semicoductores - DIEC/UNS
20 Dispositivos Semicoductores - DIEC/UNSEl diodo Schottky Reverse bias capacitance is identical to a pn junction Forward bias: Diffusion component of current negligible No storage of minority carriers No diffusion capacitance High frequency use Dispositivos Semicoductores - DIEC/UNS
21 Dispositivos Semicoductores - DIEC/UNSContactos ohmicos Imperfecciones producen barrera de potencial Los niveles de energía no dependen del dopado A mayor dopado disminuye la zona de vaciamiento, y se produde la conducción por efecto túnel (contacto ohmico) Dispositivos Semicoductores - DIEC/UNS
22 Dispositivos OptoelectrónicosDispositivos Semicoductores - DIEC/UNS
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25 Dispositivos Semicoductores - DIEC/UNSFotodiodos Tip. Si o GaAs Un fotón produce un par hueco-electrón. La circulación de estas cargas produce corriente Captación: 250nm – 1100nm para Si y 800nm – 2um para GaAs Importante: Capacidad de capturar los electrones antes que se recombinen Eficiencia cuántica: relación entre fotones que impactan y electrones de I Dispositivos Semicoductores - DIEC/UNS
26 Dispositivos Semicoductores - DIEC/UNSFotodiodos Factores Importantes Velocidad de respuesta Eficiencia cuántica Linealidad Uniformidad espacial Ruido oscuro (dark noise) Dispositivos Semicoductores - DIEC/UNS
27 Dispositivos Semicoductores - DIEC/UNSFotodiodos Dispositivos Semicoductores - DIEC/UNS
28 Dispositivos Semicoductores - DIEC/UNSDiodo p-i-n Dispositivos Semicoductores - DIEC/UNS
29 Dispositivos Semicoductores - DIEC/UNSHamamatsu model S2386 silicon photodiode Dispositivos Semicoductores - DIEC/UNS
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31 Dispositivos Semicoductores - DIEC/UNSToshiba TPS850 Dispositivos Semicoductores - DIEC/UNS
32 Light Emitting Diode (LED)Definition: a semiconductor device that emits incoherent narrow-spectrum light when electrically biased in the forward direction Courtesy of Wikipedia Dispositivos Semicoductores - DIEC/UNS
33 Light Emitting Diode (LED)LED v.s. Incandescent (Edison’s lightbulb) and Flourescent Bulbs Much longer life span ( hrs v.s. 103 / 104 hrs) Suitable for applications that are subject to frequent on-off cycling Efficiency: better than incandescent but currently worse than flourescent bulbs Source: US Department of Energy Dispositivos Semicoductores - DIEC/UNS
34 Dispositivos Semicoductores - DIEC/UNSLED Efficiency Internal Quantum Efficiency (ηint) Definition: ratio of the number of electrons flowing in the external circuit to the number of photons produced within the device Has been improved up to 80% External Quantum Efficiency Definition: The percentage of photons that can be extracted to the ambient. Typically 1% ~ 10% Limiting factor of LED efficiency Improvement techniques: dome-shaped package, textured surface, photonic crystal, … Source: Lecture Note of “Optoelectronic Devices” (by Sheng-fu Horng, Dept. of Electrical Engrg, NTHU, Hsinchu, Taiwan) Dispositivos Semicoductores - DIEC/UNS
35 Dispositivos Semicoductores - DIEC/UNSLED’s External quantum efficiency: is due to reflections in the Interface air-semiconductor Dispositivos Semicoductores - DIEC/UNS
36 Dispositivos Semicoductores - DIEC/UNSLED Dispositivos Semicoductores - DIEC/UNS
37 Dispositivos Semicoductores - DIEC/UNSPares Tx-Rx Dispositivos Semicoductores - DIEC/UNS
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40 Dispositivos Semicoductores - DIEC/UNSOptoacopladores Aislación eléctrica entre dos circuitos. Comunicación óptica Típicamente se utilizan haces de luz entre el rojo al infrarrojo Dispositivos Semicoductores - DIEC/UNS
41 Dispositivos Semicoductores - DIEC/UNSCaracterísticas importantes: Tensión de aislación Buena relación de transferencia Baja capacidad de acoplamiento Imnunidad a interferencias Dispositivos Semicoductores - DIEC/UNS
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45 Dispositivos Semicoductores - DIEC/UNSReferencias Robert F. Pierret, Semiconductor Device Fundamentals, Addison –Wesley, Capítulos 6, 9, 14. Stanley G. Burns, Paul R. Bond, “Principles of Electronic Circuits”, PWS Publishing Company, Capítulo 3. Dispositivos Semicoductores - DIEC/UNS