Diodos semiconductores

Introducción

El diodo es el mas simple de los dispositivos semiconductores, pero con un papel fundamental en los sistemas electrónicos ya que cuenta con características que lo asemejan a un interruptor sencillo. Se pueden encontrar en la mas simple hasta la mas compleja aplicación.

Materiales Semiconductores

Es un material que posee un nivel de conductividad que se localiza entre los extremos de un dieléctrico y de un conductor.Materiales como el germanio (Ge) y el silicio (Si), aunque no son los únicos materiales semiconductores, son los que han recibido el mas amplio rango de interés para el desarrollo de dispositivos semiconductores.

Materiales Extrínsecos:tipo N y tipo P

Un material extrínseco, es un material semiconductor que se ha sometidos a un proceso de dopaje.

Existen dos materiales extrínsecos de importancia incalculable para la fabricación de dispositivos semiconductores: tipo N y tipo P.

Material Tipo N

Se crea al introducir elementos impuros que cuentan con cinco electrones de valencia (pentavalentes) como es el caso del antimonio, el arsénico o el fósforo, a una base de germanio o de silicio. Cuatro de los enlaces covalentes permanecen presentes, el quinto electrón se encuentra disociado de cualquier enlace covalente particular. Encontrándose relativamente libre para moverse dentro del material tipo N recién formado. Estas impurezas difundidas con cinco electrones de valencia se les denominan átomos donadores.

Material Tipo P

Se forma mediante dopado de un cristal puro de germanio o de silicio con átomos de impureza que cuenten con tres electrones de valencia. Los elementos que se utilizan de forma mas frecuente es el boro, el galio y el indio. Ahora existe un numero insuficiente de electrones para completar los enlaces covalentes de la red recién formada. La vacante resultante se le denomina hueco. Las impurezas difundidas quue cuentan con tres electrones de valencia se denominan átomos aceptores.

Diodo Semiconductor

Dispositivo constituido mediante una unión p-n con dos terminales y cuyo objetivo, en general, será conducir corriente eléctrica en un solo sentido. El diodo semiconductor se forma al unir los dos materiales antes mencionados (construidos a partir de la misma base: Ge o Si). En el momento en que los dos materiales se “unan”, los electrones y los huecos en la región de la unión se combinaran y como consecuencia se originara una carencia de portadores en la región cercana a la unión.

Diodo Semiconductor

Ya que el diodo es un dispositivo de dos terminales, la aplicación de un voltaje a través de sus terminales ofrece tres posibilidades: sin polarización (Vd=0V), polarización directa (Vd>0V) y polarización inversa (Vd<0V)

Sin Polarización, Vd=0V

En ausencia de un voltaje de polarización aplicado, el flujo neto de carga en cualquier dirección para un diodo semiconductor es cero.

Polarización Directa, Vd>0V

La unión p-n está polarizada directamente cuando a la región p se le aplica un potencial mayor que a la región n. Se debe conectar el polo positivo de la batería al ánodo del diodo (zona p) y el polo negativo al cátodo (zona n).

Polarización Inversa, Vd<0VLa unión p-n está polarizada inversamente cuando a la región n se le aplica un potencial mayor que a la región p. Se debe conectar el polo negativo de la batería al ánodo del diodo (zona p) y el polo positivo al cátodo (zona n). La corriente que se forma bajo esta situación se denomina corriente de saturación inversa.

Curva Característica de los Diodos

Con la polarización directa, los electrones portadores aumentan su velocidad y al chocar con los átomos generan calor que hará aumentar la temperatura del semiconductor. Este aumento activa la conducción en el diodo.

Prueba de Diodos con MultímetrosPara comprobar el diodo en dirección positiva, la punta de medición positiva se conecta al ánodo y la punta de medición negativa se conecta al cátodo. Cuando esta polarizado en directa, su resistencia interna es baja. Al invertir la posición de las puntas de medición, la batería interna de ohmetro polariza en inversa el diodo y se indica un valor de resistencia muy grande (idealmente infinito)

Tipos de Diodo SemiconductorExisten varios tipos de diodos, que pueden diferir en su aspecto físico, impurezas, uso de electrodos, que tienen características eléctricas particulares usados para una aplicación especial en un circuito. 

Diodo Avalancha: Diodos que conducen en dirección contraria cuando el voltaje en inverso supera el voltaje de ruptura. El efecto avalancha sucede cuando el campo eléctrico inverso que atraviesa la unión p-n produce una onda de ionización, similar a una avalancha, produciendo una corriente. Los diodos avalancha están diseñados para operar en un voltaje inverso definido sin que se destruya.

Tipos de Diodo SemiconductorDiodo de Cristal: Es un tipo de diodo de contacto. El diodo cristal consiste de un cable de metal afilado presionado contra un cristal semiconductor, generalmente galena o de una parte de carbón. El cable forma el ánodo y el cristal forma el cátodo. Los diodos de cristal tienen una gran aplicación en los radio a galena. Los diodos de cristal están obsoletos, pero puede conseguirse todavía de algunos fabricantes.

Tipos de Diodo SemiconductorDiodo emisor de luz o LED: Es un diodo formado por un semiconductor con huecos en su banda de energía, tal como arseniuro de galio, los portadores de carga que cruzan la unión emiten fotones cuando se recombinan con los portadores mayoritarios en el otro lado. Dependiendo del material, la longitud de onda que se pueden producir varía desde el infrarrojo hasta longitudes de onda cercanas al ultravioleta.

Tipos de Diodo SemiconductorDiodo emisor de luz o LED: Los primeros led´s fueron rojos y amarillos. Los led´s blancos son en realidad combinaciones de tres led´s de diferente color o un led azul revestido con un centelleador amarillo. Los led´s también pueden usarse como fotodiodos de baja eficiencia en aplicaciones de señales.

Tipos de Diodo SemiconductorDiodo Láser: Cuando la estructura de un led se introduce en una cavidad resonante formada al pulir las caras de los extremos, se puede formar un láser. Los diodos láser se usan frecuentemente en dispositivos de almacenamiento ópticos y para la comunicación óptica de alta velocidad.

Tipos de Diodo SemiconductorFotodiodos: Tienen la función de ser sensibles a la luz (fotocelda), por lo que están empacados en materiales que permiten el paso de la luz. Un fotodiodo puede usarse en celdas solares, en fotometría o en comunicación optica.

Tipos de Diodo SemiconductorDiodo Schottky: Están construidos de un metal a un contacto de semiconductor. Tiene una tensión de ruptura mucho menor que los diodos p-n. Se pueden usar como rectificadores con bajas pérdidas aunque su corriente de fuga es mucho más alta que la de otros diodos. Tienden a tener una capacitancia de unión mucho más baja que los diodos p-n que funcionan como interruptores veloces y se usan para circuitos de alta velocidad como fuentes conmutadas, mexclador de frecuencia y detectores.