Diodo Semiconductor

DISPOSITIVOS ELECTRONICOS 1 – IE51

EL DIODO SEMICONDUCTOR
Está formado por una unión p-n, la cual es una de las uniones más importantes de la Electrónica de Semiconductores. Posee diversas aplicaciones como:
- Rectificador
- Regulador de tensión
- Emisor de luz
- Celda fotoeléctrica
- Capacidad variable
- Detector de temperatura
- Detector de luz, etc.

CONTACTO RECTIFICANTE: Aquelformado por dos materiales, en los cuales el nivel de conducción de corriente depende del sentido de la misma.

CONTACTO OHMICO: Es un contacto no rectificante, en el cual el nivel de conducción de corriente no depende del sentido de la misma.

JUNTURA P-N: Forma un contacto rectificante. En la unión se producen gradientes de concentración de huecos y de electrones que los hace fluir endirecciones opuestas a través de la unión debido al fenómeno de difusión. Este proceso termina cuando se restablece el equilibrio.


En las zonas izquierda y derecha de la unión se forma una región ( llamada región de transición o de agotamiento o de carga de espacio o de deplexión ), donde la concentración de cargas disminuye y en la que no se cumple la ley de acción de masas. Esta región es muyimportante y es la que determina el comportamiento del dispositivo.

Al fluir electrones de la región N a la P, los átomos aceptadores que están a la izquierda de la unión, los capturan y se ionizan negativamente. Algo similar sucede con los huecos que fluyen de la región P a la N, siendo capturados por los átomos donadores que están a la derecha de la unión, y se ionizan positivamente.
Comoestos iones no se pueden mover debido a que están fijos en la red cristalina, a la derecha de la unión se forma una zona con carga positiva estática y a la izquierda se forma otra zona pero con carga negativa estática, las cuales originan un campo eléctrico y, en consecuencia, una diferencia de potencial y un campo eléctrico que se encargan de restablecer el equilibrio cuando logran el nivelsuficiente.

Cuando se restablece el equilibrio y no hay voltaje externo aplicado, la densidad de corriente total debe ser cero, tanto para huecos como electrones:

Resolviendo estas ecuaciones obtenemos la diferencia de potencial que aparece en la región de transición, denominado potencial de contacto.

POTENCIAL DE CONTACTO:
Resolviendo para los huecos:

Además:
Entonces:
Hacia ellado izquierdo la diferencia de potencial es cero y la concentración de huecos es ppo.
Hacia el lado derecho la diferencia de potencial es Vo y la concentración de huecos es pno.
Con estos límites hacemos la integración:

Efectuando la integración obtenemos:

En forma análoga para los electrones:


Podemos hallar el potencial de contacto conociendo las concentraciones en equilibrio dehuecos o de electrones.

PROBLEMA 1: En un diodo semiconductor de silicio, la región p ha sido contaminada con NA = 1015 1/cm3 y la región n con ND = 1015 1/cm3. Halle el potencial de contacto a 300°K en estado de equilibrio, cuando no hay polarización externa.
Solución:
 En la región p:
Además:
Como:
Entonces: y 1/cm3
 En la región n:
Además:
Como:
Entonces: yFinalmente:
JUNTURA P-N CON POLARIZACIÓN EXTERNA:
Cuando a la unión p-n se le aplica un voltaje externo, podemos romper el equilibrio si se opone al potencial de contacto y se presentan dos situaciones:

Juntura p-n con polarización directa:

Cuando la polarización es directa, el campo externo se opone al interno, rompiendo el equilibrio y permitiendo que se reinicie el flujo decorriente a través de la fuente externa.
El polo positivo se conecta al ánodo y el negativo al cátodo.
Las concentraciones de portadores minoritarios se elevan por encima del nivel de equilibrio, a los costados de la zona de transición.

Juntura p-n con polarización inversa:

Cuando la polarización es inversa, el campo externo se suma al interno, reforzándolo e impidiendo, con mayor razón, el...