Diodos Semiconductores

Marco Teórico.

El diodo semiconductor

Para comenzar con la definición de lo que es un diodo semiconductor es necesario primero definir de que esta echo este elemento electrónico, estos elementos como su nombre lo dice contienen un semiconductor que si lo definiéramos “Los semiconductores son una clase especial de elementos cuya conductividad se encuentra entre la de un buen conductor y lade un aislante” Los tres semiconductores más frecuentemente utilizados en la construcción de dispositivos electrónicos son Ge (Germanio), Si (Silicio), GaAs (Arseniuro de Galio).
En las primeras décadas después del descubrimiento del diodo en 1939 y el transistor en 1949, se utilizaba Germanio casi exclusivamente porque era en cierto modo fácil de encontrar y estaba disponible en grandescantidades. Otra ventaja es que era relativamente fácil de refinar para obtener niveles muy altos de pureza, el único problema es que todo aquel elemento que fuera construido con este material era muy poco confiable ya que presentaban una sensibilidad a los cambios de temperatura, a pesar de que se conocía la existencia del Silicio como un elemento que tenía más resistencia al cambio de temperatura,su proceso de refinación aún estaba en construcción ya que resultaba aún más difícil su purificación.
Finalmente en 1954 se presentó el primer transistor de Silicio y este de inmediato se convirtió en el material más usado para la construcción de elementos electrónicos, las ventajas de este elemento semiconductor era que además de no tener tanta sensibilidad a la temperatura, era un material queexistía e incluso existe en gran cantidad.
A pesar de que el Silicio fue un gran hallazgo y avance para la electrónica, conforme pasaba el tiempo este campo se volvió cada vez más sensible en cuestiones de velocidad, todos aquellos sistemas computacionales operaban cada vez con más rapidez, y ahora era necesario encontrar un material que fuera capaz de satisfacer estas necesidades, a principiosde la década de 1970 fue desarrollado el primer transistor de Arseniuro de Galio , las ventajas de este nuevo descubrimiento era que este semiconductor actuaba hasta 5 veces mas rápido que el Silicio, el único problema de este nuevo semiconductor era que era más difícil de conseguir en estado puro y mucho más costoso de lo que había sido hasta ahora el Silicio.

Para entender un poco mejor comotrabaja el Diodo semiconductor es necesario analizar aquellos materiales que lo conforman, y para ello habrá que entender la estructura atómica de cada uno.
En las siguientes imágenes aparece el modelo de Bohr de los tres materiales antes mencionados: (Silicio, Germanio, AsGa) Imagen 1.1


Como podemos observar en la imagen el Silicio y el Germanio tienen 4 electrones de valencia(Tetravalentes), mientras que el Galio cuenta con 3 electrones es su ultima orbita (Trivalentes) y el Arsénico tiene 5 electrones es su última capa (Pentavalente). El termino de valencia se utiliza para indicar que el potencial requerido para remover cualqueira de estos electrones de la estructura atómica es significativamente más bajo que el requerido para cualquier otro electro en la estructura.
En uncristal de silicio o germanio puros los 4 electrones de valencia de un átomo forman un arreglo de enlace con cuatro átomos adyacentes, este enlace es conocido como enlace covalente. (Imagen 1.2)

Imagen 1.
En el caso del GaAs al ser un semiconductor compuesto, hay compartición entre dos átomos diferentes (Arsénico y Galio), cada átomo está rodeado por átomos del tipo complementario. Sigue habiendocompartición de electrones similares en estructura a la de Silicio, pero en este caso el átomo de Arsénico aporta 5 electrones (los de valencia) y el átomo aporta 3 (los de valencia); esto se puede observar en la figura 1.3


Imagen 1.
.
Aunque el enlace covalente produce un enlace más fuerte entre los electrones de valencia y su átomo padre, aún es posible que los electrones de valencia...