Principio de funcionamiento de un diodo

Generación de impurezas

Un material semiconductor "impuro" puede ser denominado semiconductor extrínseco, como el silicio o el germanio, a los que se les ha agregado un porcentaje pequeño de átomos trivalentes o bien de átomos pentavalentes. Cuando se añaden intencionalmente átomos de impurezas, se dice que el conductor está "contaminado". Como resultado de la modificación introducida podría esperarse que las impurezas alteraran los niveles de energía y, por ende, cambien la conductividad de la estructura cristalina. La conductividad de un semiconductor puede incrementarse si se incorporan pequeñas cantidades de cirtas impurezas al cristal.

Cada átomo de impureza suministrará un electrón o un hueco según se trate. Si el cristal es impurificado con átomos pentavalentes, se conoce como material tipo N; mientras que si se le agregan impurezas trivalentes, como el galio o el indio, se conoce como material tipo P, debido a que la conducción principalmente se realiza por huecos y, en este caso, se denominan portadores mayoritarios.

La unión P-N

Una definición rápida y sencilla de un diodo sería un componente electrónico por el cual fluye la corriente en una dirección, mientras que evita que circule en la dirección contraria (aunque suele existir un pequeña corriente parásita que fluye en contrasentido). Este dispositivo se forma cuando se combina una oblea de semiconductor tipo N con una oblea de semiconductor tipo P.

El material denominado P contiene un porcentaje extremadamente pequeño (del orden de 0.00011%) de átomos impuros (con una valencia de +3). Con cada átomo, denominado aceptador, se observa un hueco en su orbital de valencia. Por otro lado, en el material N de la figura se tienen los átomos de valencia +5 o pentavalentes. Los electrones libres, debidos a estos átomos denominados donadores, se encuentran en su orbital de conducción. Es importante hacer notar que tanto la oblea de material P como la de material N son eléctricamente neutras.

Al conectar las obleas de materiales semiconductores ocurre un redistribución de cargas. Algunos de los electrones libres del material N se transfieren al material P y se produce un fenómeno de recombinación con los huecos en exceso. A su vez, algunos de los huecos del material P viajan al material N y se recombinan con electrones libres. Como resultado de este proceso, el material P adquiere una carga negativa; y el material N, una carga positiva.

El proceso por el cual las cargas cruzan la unión se denomina difusión, y como consecuencia, a ambos lados de la unión se forma una zona de carga especial por la cual se formará una diferencia de potencial a través de dicha unión. Generalmente, la rotura del equilibrio en una unión P-N ocurre mediante la aplicación de un potencial externo.

En el siguiente esquema se visualiza el efecto de dicho potencial sobre la unión, donde primero se observa que está en equilibrio la unión sin polarización (A). Por consiguiente, la corriente que atraviesa la unión debe ser nula, ya que el circuito está abierto. Luego, la polarización directa disminuye la barrera de potencial de la unión (B). Consecuentemente, la corriente externa del circuito será muy grande. Finalmente, la polarización inversa externa aumenta la barrera de potencial de la unión, sólo quedando en el circuito una corriente prácticamente nula, determinada por lo portadores minoritarios, que darán lugar a la corriente inversa del diodo.

Con la polarización inversa, la polaridad de la unión es tal que tiende a alejar a los huecos del material P, y los electrones del material N de la juntura. Por lo tanto, se establece una pequeña corriente que se denomina corriente inversa de saturación y se le designa como Is. Dicha corriente se incrementa con el aumento de la temperatura, pero será independiente de la tensión inversa aplicada. 

Al aplicar una tensión directa, el potencial que se establece en la unión disminuye considerablemente, con lo cual los huecos se moverán de izquierda a derecha (en un sentido figurado, por el desplazamiento de las cargas que provocan lugares ausentes) y constituirán una corriente una corriente en la misma dirección que los electrones que se mueven de derecha a izquierda. Por consecuencia, la corriente resultante que atraviesa la juntura es la suma de la corrientes de los huecos y los electrones.

En posteriores publicaciones se tratará sobre las características de tensión y corriente presentes en el diodo y como afectan el funcionamiento de cada tipo de diodo.

Tomado de  "Enciclopedia de Electrónica Básica Vol. 2" de Saber Electrónica