Introducción
Aunque el concepto de inhomogeneidad es muy amplio, generalmente la noción de semiconductor no homogéneo suele restringirse a aquel que presenta una distribución de impurezas, donadoras o aceptadoras, variable punto a punto (en el sentido macroscópico).
A temperaturas muy bajas o muy altas la distribución inhomogénea de impurezas tiene escasa incidencia sobre el comportamiento eléctrico del semiconductor. En el primer caso porque la casi totalidad de las impurezas serán neutras (no ionizadas) y prácticamente existirá una neutralidad de carga local. En el segundo porque las concentraciones de electrones y huecos son prácticamente iguales a la intrínseca y muy superiores a la de impurezas y la densidad de carga será también nula en todo punto.
La situación es muy distinta en el rango de temperaturas medias. En este caso todas las impurezas se encuentran ionizadas y el semiconductor es extrínseco. Los portadores mayoritarios tenderán por un lado, debido a la atracción eléctrica, hacia una distribución inhomogénea semejante a la de las impurezas ionizadas correspondientes, de carga opuesta. Por otro lado, a causa de la difusión (que a estas temperaturas afecta a los portadores pero no a las impurezas, que permanecen en posiciones fijas) los portadores tenderán hacia la homogeneidad de su concentración.
Por su propia definición el equilibrio se caracteriza por la nulidad del flujo neto de partículas en cualquier dirección. Por ello las dos tendencias anteriormente citadas deberán, en equilibrio, contrarrestarse mutuamente en todo punto. En semiconductores dopados homogéneamente el equilibrio es compatible tanto con la neutralidad de carga local (campo eléctrico nulo en todo punto) como con la homogeneidad en la distribución de concentraciones de portadores (flujo de difusión nulo en cada punto). La condición de nulidad de flujo neto se reduce entonces a la de nulidad de cada uno de los flujos componentes de arrastre y difusión.
Por el contrario, en semiconductores con dopaje no
homogéneo el equilibrio no puede corresponder ni a una densidad
de carga nula, que significaría una distribución de portadores
mayoritarios semejante a la de impurezas, porque daría lugar a un
campo eléctrico nulo (flujo de arrastre nulo) y a un difusión
neta no nula; ni a una distribución homogénea de portadores
con difusión nula y densidad de carga, campo eléctrico y
flujo de arrastre no nulos. La distribución de portadores mayoritarios
será pues intermedia entre la homogénea y la de impurezas
de tal modo que en cada punto exista una compensación entre las
tendencias de arrastre y difusión.
El equilibrio se caracterizará, por tanto,
en el caso general por la presencia de una densidad de carga neta producida
por descompensación, en cada volumen infinitesimal, entre la carga
debida a impurezas ionizadas fijas y la debida a los portadores móviles.
Esta densidad de carga dará lugar a una distribución (macroscópica)
de campo y potencial eléctricos (superpuestas a sus distribuciones
periódicas cuyos efectos se incluyen en el concepto de masa efectiva)
y por tanto a un flujo de arrastre de portadores que, en cada punto, será
compensado por un flujo igual y de sentido contrario producido por difusión.
En el caso de uniones homopolares la densidad de carga es debida fundamentalmente a la descompensación local entre las concentraciones de impurezas y de portadores mayoritarios siendo a estos efectos despreciable la concentraciñon de portadores minoritarios en todo punto. Es de esperar por ello valores poco importantes tanto del campo eléctrico como de la densidad de carga y desviaciones poco notables respecto de la condición de neutralidad de carga.
Utilizamos un modo práctico para calcular
la distribución de campo eléctrico y densidad de carga en
esta unión homopolar unidimensional que consiste en considerar que
hay neutralidad de carga.