El Diodo Semiconductor: Comportamiento y Tipos

El Diodo Semiconductor

¿Qué es un diodo? Es un componente electrónico de dos terminales que permite la circulación de la corriente eléctrica en un solo sentido. La flecha de la representación simbólica (a ->|--) muestra la dirección en la que fluye la corriente. Este término se usa para referirse al diodo semiconductor, que consta de una pieza de cristal conectada a dos terminales electrónicos. Consta de la unión de dos tipos de material semiconductor, uno tipo P y otro tipo N, separados por una barrera.

Dopado del Material

Dopado con Arsénico (Valencia 5): Al dopar el material con arsénico, cuatro de sus valencias se unen con átomos vecinos, quedando un quinto electrón libre. Este electrón puede ocupar el hueco dejado por otro electrón que abandona su órbita, creando un movimiento de electrones. El átomo de arsénico cede un electrón a la estructura, convirtiéndose en un ion negativo.

Dopado con Indio (Valencia 3): Las tres valencias del indio se combinan con tres átomos vecinos, quedando un hueco libre que puede ser ocupado por un electrón próximo. Cuando esto ocurre, el hueco desaparece y aparece en el lugar que antes ocupaba el electrón. El átomo de indio se convierte en un ion positivo.

Unión de Bloques Dopados: Al unir un bloque dopado con arsénico (tipo N) y otro con indio (tipo P), se crea una unión P-N. Los electrones libres de la zona N se recombinan con los huecos de la zona P cerca de la unión. Esto crea una zona de carga espacial con iones positivos en la zona N e iones negativos en la zona P. Debido a estas cargas, se crea una diferencia de potencial (d.d.p.) que origina un campo eléctrico de la zona N a la zona P.

Polarización

Polarización Inversa: Si se aplica una d.d.p. externa a la unión P-N, con el polo positivo de una pila conectado a la zona N y el polo negativo a la zona P, se crea un campo eléctrico en el mismo sentido que el campo interno. Ambos campos se suman, ampliando la barrera de potencial. Esto dificulta el paso de electrones de la zona N a la zona P, y la unión no conduce.

Polarización Directa: Si se invierte la polaridad de la pila, el campo eléctrico externo se opone al campo interno.

• Si la d.d.p. es menor de 0.7V, el campo eléctrico se opone a la barrera de potencial y no hay paso de electrones (no conduce).
• Si la d.d.p. es igual a 0.7V, la barrera de potencial se reduce, pero no hay suficiente paso de electrones para que conduzca.
• Si la d.d.p. es mayor de 0.7V, el campo eléctrico externo supera al interno, la barrera de potencial desaparece y hay paso de electrones (conduce).

Curva Característica del Diodo

El diodo no tiene un comportamiento lineal; su respuesta varía según la tensión e intensidad. Con polarización directa, la curva característica comienza en el origen y sigue un camino casi paralelo al eje X hasta alcanzar la tensión umbral (aprox. 0.7V), a partir de la cual la corriente aumenta rápidamente.

• Corriente Inversa de Saturación (Is): Es la pequeña corriente que se establece al polarizar inversamente el diodo debido a la formación de pares electrón-hueco.
• Corriente Superficial de Fugas: Es la pequeña corriente que circula por la superficie del diodo.
• Tensión de Ruptura (Vr): Es la tensión inversa máxima que el diodo puede soportar antes del efecto avalancha. A partir de este valor, la corriente inversa aumenta drásticamente.
• Efecto Avalancha: En polarización inversa, se generan pares electrón-hueco que producen la corriente inversa de saturación. Si la tensión inversa es elevada, los electrones se aceleran, y al chocar con electrones de valencia, pueden provocar su salto a la banda de conducción, aumentando la corriente.
• Efecto Zener: En diodos muy dopados, la zona de carga es estrecha, y el campo eléctrico puede arrancar electrones de valencia, aumentando la corriente.

Tipos de Diodos

Además de los diodos rectificadores, existen otros tipos:

• Diodos Zener: Se estudiarán en una práctica posterior.
• Diodos Varicap: Varían su capacidad al variar la tensión de polarización inversa.
• Diodos Emisores de Luz (LED - Light Emitter Diode): Tienen un amplio campo de aplicaciones.