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Capítulo 1: EL DIODO SEMECONDUCTOR
1.1 Estudio de los elementos semiconductores
1.2 Construcción y principio de funcionamiento del diodo semiconductor
1.3 Características y parámetros
1.4 Circuito equivalente
1.5 Aplicaciones
1.5.1 Rectificador de media onda y de onda completa tipo puente integrado

1.1 Estudio de los elementos semiconductores
La mayoría dedispositivos electrónicos son fabricados con materiales semiconductores, conductores y aislantes. El Silicio es el material semiconductor mayormente utilizado para la implementación de dispositivos semiconductores y circuitos integrados. Otro tipo de materiales semiconductores son utilizados para aplicaciones más especializadas, por ejemplo el galio arsénico es utilizado para la implementación dedispositivos de alta velocidad y para comunicaciones ópticas.

Semiconductores intrínsecos
Un átomo está compuesto de: un núcleo (protones + y neutrones) y electrones (-) que giran alrededor del núcleo del átomo. Los electrones son distribuidos en varias capas ubicadas a diferentes distancias del núcleo (la energía del electrón aumenta conforme el radio de la órbita se incrementa). Loselectrones en la capa superficial son llamados electrones de valencia, y la cantidad de estos determina la actividad química de un material. Los elementos en la tabla periódica pueden ser agrupados de acuerdo a la cantidad de electrones de valencia. En la Tabla. 1 se aprecian los semiconductores más comúnmente utilizados.


Tabla. 1. Elementos más comúnmente usados de la Tabla periódica
El Silicio (Si)y el Germanio (Ge) se encuentran en el grupo IV y son elementos semiconductores, mientras que el galio arsénico se encuentra en el grupo III y IV, semiconductores compuestos. En la Fig. 1, se aprecia la interacción de los átomos con cuatro electrones de valencia. Ya que los átomos de silicio se aproximan entre sí, los electrones interactúan para formar cristales. La estructura final del cristalpresenta una configuración de tetraedro en la que cada átomo de silicio tiene cuatro vecinos cercanos.

Fig. 1. (a) 5 átomos de silicio sin interacción, cada uno con 4 átomos de valencia, (b) configuración de tetraedro, (c) representación bidimensional de los enlaces covalentes.

Los electrones de valencia son compartidos entre átomos formando enlaces covalentes. El germanio, galio arsénico yotros materiales semiconductores presentan la misma configuración tetraédrica. Una propiedad importante de este tipo de enrejado es que los electrones de valencia están siempre disponibles en el borde exterior del cristal de silicio de forma que átomos adicionales pueden ser adheridos para formar largas estructuras de cristal.

(a)(b) (c)
Fig. 2. (a) Representación bidimensional del cristal de silicio a T=0°K, (b) ruptura de los enlaces covalentes para , (c) representación bidimensional del cristal de silicio mostrando movimiento de los agujeros de carga positiva.

Se puede decir que un material aislante presenta un “bandgap” en el rango de 3 a 6 eV, mientras que unsemiconductor presenta un “bandgap” en el orden de 1 eV. Un material conductor presenta un número grande de electrones libres a temperatura ambiente.
El flujo neto de electrones libres en un semiconductor produce corriente. Adicionalmente un electrón de valencia que tiene una cierta energía térmica y es adyacente a un estado vacío puede moverse a esa posición. Al realizar este movimiento este electrónaparece como si una carga positiva se moviera a través del semiconductor. Esta partícula cargada positivamente es llamada “agujero”. En un semiconductor dos tipos de partículas contribuyen a la corriente: el electrón (carga negativa) y el “agujero” (carga positiva).
La concentración de electrones y agujeros () es un parámetro muy importante en las características de un material semiconductor debido a...