Características y comportamiento de la unión p-n en circuito abierto

Unión p-n: características, comportamiento en circuito abierto, polarización directa y polarización inversa

Un diodo consiste en dos semiconductores extrínsecos, uno p y otro n unidos. Entre los semiconductores p y n se forma una zona de transición de pequeña anchura. Un diodo permite la corriente eléctrica fácilmente en un sentido, pero no en el opuesto.

Circuito abierto. Si Nd es la concentración de impurezas donadoras en el semiconductor n y Na la de impurezas aceptadoras en el p, se tiene:

• Zona p Pp=Na; np = ni^2/Na
• Zona n Nn=Nd; pn =ni^2/Nd

El gradiente de concentración de huecos y electrones entre las dos zonas da lugar a una corriente de difusión a través de la zona de transición. Los portadores mayoritarios que atraviesan la zona de transición se recombinan originando una zona de cargas descubiertas en la zona de transición. Las cargas de la zona de transición originan una diferencia de V que da lugar a un salto energético entre las bandas de energía en las zonas p y n. este salto debe vencerse para tener corriente eléctrica.

Polarización directa. Si es cristal p está conectado a un v mayor que el n se dice que el diodo tiene polarización directa. Los portadores mayoritarios de cada cristal se ven atraídos hacia la zona de transición y esta se estrecha. La barrera de V entre los dos cristales disminuye debido al V aplicado. El menor V permite la difusión de portadores mayoritarios entre los dos cristales. Esta corriente aumenta con el potencial externo.

Polarización inversa. Si el cristal p está concentrado en un V menor que el n se dice que el diodo tiene polarización inversa. Los portadores mayoritarios de cada cristal se ven atraídos lejos de la zona de transición y esta se hace más ancha. La barrera de potencial entre los dos cristales crece debido al potencial aplicado. Aparece una pequeña corriente (corriente inversa de saturación) debida a los portadores minoritarios.

Fuerza magnética sobre cargas y corrientes Sobre una carga. Si en una región del espacio existe un campo magnético y en ella se introducen partículas con diferentes cargas y velocidades se observa que sobre ellas aparece una fuerza debida al campo magnético Fm =qv x B

Como esta Fm es siempre perpendicular a v, no cambia su módulo (ni la energía cinética) solo cambia la dirección de movimiento.

Movimiento en un campo uniforme. Si se tiene una partícula cargada con carga q moviéndose con velocidad v en un campo magnético uniforme B, perpendicular a V, el resultado de la fuerza magnética F=qv x B será un movimiento circular cuyo sentido de giro depende del signo de q.

Sobre una corriente. Es el resultado de la fuerza sobre todas las partículas que originan la corriente. Se si tiene un conductor cilíndrico de longitud l y de sección A, con n cargas por unidad de volumen que se mueven con velocidad v, entonces la fuerza sobre el conductor será F=ΣiFcargai =nqAlv x B

Para un conductor no rectilíneo o un campo magnético no uniforme, la fuerza sobre el conductor debe calcularse como F=∫cond dF=∫cond idl xB