El diodo (Unión PN)
Para comprender la conducción de corrientes en los semiconductores, debemos entender primero como funciona la unión P-N, es decir la unión de un semiconductor tipo P donde hay huecos libres y un semiconductor tipo N donde hay electrones libres.
La unión P-N la conocemos en los diodos, cuando aplicamos un voltaje a la unión P-N los electrones y los huecos se mueven respectivamente hacia la unión de los dos materiales porque polaridades del mismo signo se repelen, el voltaje positivo que se aplica al material tipo P repele los huecos y estos cruzan la unión hacia el material tipo N, y así cada hueco encuentra un electrón y de esta forma las cargas se neutralizan, por otro lado los electrones cruzan la unión hacia el material tipo P y sucede lo mismo, los electrones y huecos que se neutralizan son remplazados por mas electrones y huecos que entran en la unión P-N. Entonces si se aplica el voltaje positivo al material tipo P y el voltaje negativo al tipo N la corriente fluye y es lo que nosotros llamamos polarización directa. Cuando invertimos este voltaje los huecos y electrones son atraídos a cada terminal y se alejan de la unión, lo que hace que las partículas cargadas no puedan pasar la unión y de esta forma el flujo de corriente se anula, esto es lo que conocemos como polarización inversa. Esta propiedad de dejar pasar o bloquear la corriente en un semiconductor de unión P-N no solo se usa en los diodos sino también en los transistores.
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Diodo |
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Corrientes en los semiconductores
Para hablar de la corriente en los semiconductores debemos tener varios conceptos claros y así entender mejor las cosas. Cuando hablamos de corriente eléctrica nos estamos refiriendo al flujo de carga eléctrica, es decir, los portadores de carga que se mueven libremente por un conductor producen una corriente y ese movimiento puede ser originado mediante una excitación por medio de energía. Los mecanismos o formas de excitación para producir el movimiento de estos portadores de carga se llaman fenómenos de transporte que pueden producir conducción por arrastre o por difusión. La conducción por arrastre se presenta cuando a un material semiconductor se le aplica una diferencia de potencial es decir un voltaje, o se somete a un campo eléctrico. El campo eléctrico hace que los portadores de carga es decir electrones y huecos, tomen una dirección y una velocidad, y de esta forma se produce una corriente de arrastre. La cantidad de cargas de esta corriente que se mueven por el conductor en un determinado tiempo depende de la fuerza con que actúa el campo eléctrico.
Para entender esto de una manera sencilla ya sabemos por ejemplo que en un semiconductor los electrones se están moviendo continuamente y de forma aleatoria debido a la influencia de la energía térmica, pero cuando se le aplica la influencia de un campo eléctrico, cada electrón percibe una fuerza que hace que los electrones se muevan con sentido contrario al campo eléctrico y los huecos si se muevan en el mismo sentido de este. La fuerza que ejerce el campo eléctrico en los electrones y huecos hace que estos se muevan con una velocidad que se conoce como velocidad de arrastre.
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| Difusión en unión PN Cuando no hay campos eléctricos aplicados los portadores de carga se mueven aleatoriamente y se dispersan generando un flujo de corriente, llamada corriente de difusión que se da porque hay una diferencia en la concentración de huecos y electrones originada en la unión P-N. Entonces de esta forma los huecos y los electrones se pasaran al otro material, es decir, los electrones del semiconductor tipo N al tipo P y los huecos del semiconductor tipo P al tipo N, con la intención de combinarse. De esta manera quedan iones en la parte más cercana a la unión de cada material quedando iones positivos en el material tipo N y iones negativos en el material tipo P. En la región que van formando estos iones cerca de la unión de los semiconductores tipo N y tipo P se va generando un campo eléctrico. En conclusión tenemos que las corrientes en los semiconductores se generan por el movimiento de los portadores de carga, es decir de los de huecos(+) y los electrones(-). La corriente de arrastre es originada por el movimiento aleatorio de portadores de carga los cuales están influidos por un campo eléctrico, y la corriente de difusión es la concentración de portadores de carga en zonas menos concentradas, estas dependen del gradiente de concentración. Diodo Zener El diodo Zener es un tipo de diodo que funciona con polarización inversa, y cuando se polariza directamente se comporta similar a un diodo ordinario, trabajando como un rectificador común. Cuando trabaja en polarización inversa el diodo zener mantienen constante un voltaje entre sus terminales y por esto son utilizados como reguladores de tensión.
Diodo túnel El diodo túnel es otro tipo de diodo que trabaja con polarización directa aprovechando un efecto conocido como túnel. En el efecto túnel el comportamiento de la corriente que circula por el diodo esta en función de la tensión en sus terminales. Cuando se aplica un pequeño voltaje comienza a circular corriente en el diodo, si se sigue aumentando el voltaje la corriente sigue aumentando hasta cierto punto conocido como valle en el cual empieza a disminuir, cuando llega a un punto mínimo vuelve a incrementarse el paso de corriente en función del voltaje que se aplique al diodo.
El LED es un tipo de diodo que se comporta como un diodo común con la diferencia de que al ser atravesado por una corriente emite luz que varia de acuerdo a los elementos semiconductores utilizados en su fabricación. Cuando circula corriente por la union PN que compone el diodo los electrones y huecos se recombinan generando radiaciones con diferentes longitudes de onda debido a los materiales con los que esta construido, y de acuerdo a la longitud de onda varían los colores de la luz emitida por el diodo.
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