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En una unión de semiconductores con conductividad eléctrica tipo p y tipo n se pueden realizar diferentes tipos de mediciones, entre ellas está la de pasar cierta cantidad de voltaje entre sus lados tipo p y tipo n con la polaridad directa e inversa con la finalidad de estudiar su respuesta eléctrica en ausencia de iluminación. En esta publicación daremos cuenta de tal comportamiento en un estudio de corriente-voltaje en un dispositivo optoelectrónico.
Esquema para las medidas de la corriente inducida al aplicar un voltaje en directo e inverso en la unión p-n.
El procedimiento para realizar este estudio de respuesta eléctrica fue el siguiente:
Conexión Directa: primero conectamos el terminal
positivo
del SourceMeter Keithley 2612B al contacto eléctrico de Ag colocado sobre el material tipo p-CIT, mientras que el terminal
negativo estará conectado del lado del semiconductor con conductividad eléctrica tipo n-CdS.
Conexión Inversa: ahora conectamos el terminal
positivo
del SourceMeter Keithley 2612B al contacto eléctrico de Ag colocado sobre el material tipo n-CdS, mientras que el terminal
negativo estará conectado del lado del semiconductor con conductividad eléctrica tipo p-CIT.
Por ahora, no estamos "
iluminando" al dispositivo de unión p-n, por lo que no mencionaré el funcionamiento en modo fotovoltaico o modo fotoconductor.
Medición de la respuesta en corriente eléctrica al aplicar un voltaje en un dispositivo de unión p-n de semiconductores con conexión directa e inversa.
En el vídeo se observa cómo es la dependencia de la corriente que circula a través de la unión p-n. En ambas configuraciones se obtienen valores de
corriente negativa cuando aplicamos un
voltaje negativo, mientras que cuando se aplica un
voltaje positivo
se mide una respuesta de
corriente positiva
.
Estudio de la característica I-V
Datos de la dependencia de la Corriente con la variación del Voltaje aplicado con la conexión directa indicada en la figura anexa.
Al aplicar un voltaje al diodo de unión p-n se origina una corriente asociada que circula a través del dispositivo electrónico (no es optoelectrónico ante la falta de luz incidente). En la siguiente figura se ve que el terminal
positivo
de la fuente de voltaje se conecta al lado del semiconductor con conductividad eléctrica tipo p_CIT, lo que he denominado
"conexión directa".
Cuando el voltaje va en aumento la corriente aumenta levemente hasta aproximadamente 0,2 a 0,3 V, y luego se incrementa bruscamente a partir del voltaje umbral en ± 0,4 V. En voltajes negativos, la corriente casi es constante (con valores negativos).
En la figura represento el diodo de unión p-n sin polarización (no hay potencial eléctrico inyectado al dispositivo). En esta configuración el semiconductor tipo p se asigna como el ánodo, mientras que el semiconductor tipo n se denomina cátodo. En la región de la unión p-n se origina una
zona de carga espacial (indicada con color gris).
Cuando aplico un voltaje con conexión directa se reduce la zona de carga espacial, se inyecta una energía adicional sobre los portadores de carga mayoritarios (huecos y electrones) en los semiconductores tipo p y tipo n, activando los mecanismos de conducción eléctrica que permiten el mayor flujo de cargas eléctricas a través de la unión p-n, tal como se observó en la tabla y figura mostrada anteriormente.
Al aplicar una diferencia de potencial en un diodo de unión p-n no polarizado (sin voltaje) va a circular una corriente eléctrica a través del dispositivo en respuesta (proporcional) al voltaje aplicado y su representación gráfica ya la mostré arriba. ¿Qué sucedería cuando invertimos las conexiones de las terminales de la fuente de voltaje?
Corriente con conexión inversa
El diodo de unión p-n es un dispositivo electrónico que ante la ausencia de luz incidente puede darnos información sobre la naturaleza de la unión de semiconductores tipo p y tipo n. El análisis de la curva característica de Corriente-Voltaje puede indicar un comportamiento lineal (para unos contactos óhmicos) o una dependencia exponencial (no lineal, para un contacto rectificador), siendo este último lo esperado para una unión de semiconductores p-n.
En esta configuración, el terminal
negativo de la fuente de voltaje está conectado con el semiconductor p-CuInTe
2 (ánodo) y el terminal
positivo
del SourceMeter Keithley 2612B está conectado por el lado del semiconductor n-CdS del dispositivo de unión p-n, tal como se observa en la imagen anterior.
Se observa un comportamiento típico al aplicar un voltaje positivo se obtiene una corriente eléctrica positiva y proporcional al voltaje aplicado, similar a lo que sucede con voltaje negativo y fluye una corriente negativa. Veamos la curva característica corriente-voltaje con la configuración inversa.
Aportes de esta publicación.
El estudio de las propiedades eléctricas de los dispositivos optoelectrónicos constituye una amplia gama de investigación científica, por lo que se hace necesario analizar el efecto que se obtiene al aplicar un voltaje a través de un diodo de unión p-n y la dependencia que tiene la corriente que fluye en este dispositivo. En la próxima publicación vamos a estudiar la curva característica de Corriente-Voltaje con el aditivo de hacer incidir una densidad de potencia óptica sobre este dispositivo.
Bibliografía y lecturas recomendadas:
○
Diodo Schottky o Diodo de Barrera
○ Curva característica voltaje-corriente de un diodo de unión p-n
○ Teoría de la unión p-n
○ Unión p-n: Definición, Formación y Aplicaciones
○ Diodo semiconductor
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