Diodos

DIODO

ESTRUCTURA DE UN ELEMENTO SEMICONDUTOR

Diodos semiconductores de silicio de diferentes tipos y tamaños, identificados en el circuito impreso de este dispositivo electrónico con las letras “D” (para diodos con funciones diferentes) y “DZ” (para el diodo Zener).

Un diodo semiconductor de estado sólido consta de dos partes, formadas por cristales de silicio (Si) de diferente polaridad. Un cristal de silicio en estado puro constituye un elemento químico tetravalente por estar compuesto por átomos de valencia +4, pero para obtener dos cristales semiconductores de polaridad diferente es necesario “doparlos” durante el proceso de producción del diodo, añadiéndole a la estructura molecular de cada uno de esos cristales cierta cantidad de impurezas pertenecientes a átomos de otros elementos químicos (también semiconductores), pero de valencias diferentes para cada una de las partes que formarán el diodo, con sus correspondientes polaridades.

Para fabricar un diodo, primeramente uno de los cristales de silicio se dopa añadiéndole, como impureza, un elemento químico de valencia +3 (trivalente) como el galio (Ga), por ejemplo. Al final del proceso se obtiene un semiconductor “tipo-p”, con polaridad positiva (P), que presentará defecto o falta de electrones en la última órbita de los átomos de galio añadidos como impurezas. En esas órbitas se formarán “huecos” en aquellos lugares que debían estar ocupados por los electrones faltantes.

A continuación, el otro cristal de silicio, que inicialmente es igual al empleado en el proceso anterior, se dopa también durante el proceso de fabricación del diodo, pero añadiéndole esta vez impurezas pertenecientes a átomos de otro elemento químico también semiconductor, pero de valencia +5 (pentavalente) como, por ejemplo, antimonio (Sb). Una vez finalizado este otro proceso de dopado se obtiene un semiconductor “tipo-n”, con polaridad negativa (N), caracterizado por presentar exceso de electrones libres en la última órbita de los átomos de antimonio añadidos como impurezas.

Representación gráfica de dos elementos semiconductores de cristal de silicio (Si), simplificados de forma esquemática.

A.- Semiconductor de silicio de conducción “tipo-p”, o sea, de polaridad positiva.(P). En su estructura molecular se puede observar que en los lugares que debían ocupar los electrones lo que encontramos son “huecos”.

Cuando conectamos una batería a los extremos de un cristal semiconductor positivo, se establece un flujo de “huecos” en sentido opuesto al flujo de electrones que proporciona la fuente de energía eléctrica. En la ilustración se puede observar también que mientras el flujo de electrones o corriente electrónica.se establece del polo negativo al polo positivo de la batería, el flujo de “huecos”, por el contrario, se establece en el sentido inverso a través del cristal de silicio.

B.-Semiconductor de silicio de conducción “tipo-n”, de polaridad negativa (N), con exceso de electrones libres en su estructura molecular. Si a este tipo de semiconductor negativo le conectamos una batería, el flujo electrónico se establecerá en el mismo sentido de circulación de la propia fuente de suministro eléctrico, o sea, del polo negativo al polo positivo

FORMACIÓN DE UN DIODO DE SILICIO DE UNIÓN "p-n"

En el mismo momento que un cristal semiconductor de silicio (Si) de conducción “tipo-p” (positivo) se pone en contacto con otro cristal semiconductor también de silicio, pero de conducción “tipo-n”(negativo), se crea un diodo de empalme o de unión “p-n”. Si al diodo así formado le conectamos una fuente de corriente eléctrica, éste reacciona de forma diferente a como ocurre con cada una de las dos partes semiconductoras por separado, tal como se pudo ver en el ejemplo anterior.

Representación gráfica de las dos partes que componen.un diodo de silicio de unión p-n: a la izquierda la parte.positiva (P) y a la derecha la negativa (N). En la ilustración.se puede apreciar la “zona de deplexión” que se forma.alrededor del punto donde se unen los dos cristales.semiconductores de diferente polaridad. El punto de unión.p-n de los dos cristales se denomina “barrera de potencial.del diodo”.

En el punto de unión p-n de las dos piezas semiconductoras de diferente polaridad que forman el diodo, se crea una “barrera de potencial”, cuya misión es impedir que los electrones libres concentrados en la parte negativa salten a la parte positiva para unirse con los huecos presentes en esa parte del semiconductor. Hasta tanto los electrones no alcancen el nivel de energía necesario que le debe suministrar una fuente de energía externa conectada a los dos extremos del diodo, no podrán atravesar esa barrera.

Por otra parte, a ambos lados de la barrera de potencial se forma una “zona de deplexión” (también llamada zona de agotamiento, de vaciado, de carga espacial o de despoblación). Esa es una zona o región aislada, libre de portadores energéticos, que se origina alrededor del punto de unión de los dos materiales semiconductores dopados de diferente forma y que poseen también polaridades diferentes. La función de la “zona de deplexión” es alejar a los portadores de carga energética (electrones) del punto de unión p-n cuando el diodo no se encuentra energizado con la tensión o voltaje suficiente, o cuando se energiza con una tensión o voltaje inverso.

El efecto que se crea al unir simplemente un cristal semiconductor de silicio tipo-p con otro de tipo-n, equivale a tener conectada una batería o fuente de suministro de energía imaginaria en los extremos del diodo. Bajo esas circunstancias la “zona de deplexión” que se crea a ambos lados de la unión p-n obliga a los huecos o agujeros de la parte positiva (P) alejarse de ese punto de empalme o unión, mientras que los electrones en exceso en la parte negativa (N) reaccionan de igual forma alejándose también del propio punto, hasta tanto no adquieran la energía suficiente que les permita atravesar la barrera de potencial.

Para que los electrones en exceso en el semiconductor con polaridad negativa (N) puedan atravesar la barrera de potencial del diodo y saltar a la parte positiva y “llenar” los huecos, es necesario energizarlos suministrándoles una corriente eléctrica o diferencia de potencial en los extremos del diodo, por medio de una batería o cualquier otra fuente de fuerza electromotriz. Cuando la tensión aplicada al diodo de silicio alcanza 0,7 volt, el tamaño de la zona de deplexión se reduce por completo y los electrones en la parte negativa

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