SEMICONDUCTORES TIPO N Y TIPO PLos materiales semiconductores en su estado intrnseco no conducen bien la corriente y suvalor es limitado. Esto se debe al nmero limitado de electrones libres presentes en la banda deconduccin y huecos presentes en la banda de valencia. El silicio intrnseco (o germanio) sedebe modificar incrementando el nmero de electrones libres o huecos para aumentar suconductividad y hacerlo til en dispositivos electrnicos. Esto se hace aadiendo impurezas almaterial intrnseco. Dos tipos de materiales semiconductores extrnsecos (impuros), el tipo n yel tipo p, son los bloques de construccin fundamentales en la mayora de los tipos dedispositivos electrnicos.

DOPADOLa conductividad del silicio y el germanio se incrementa drsticamente mediante la adicin controlada de impurezas al material semiconductor intrnseco (puro). Este proceso, llamado dopado, incrementa el nmero de portadores de corriente (electrones o huecos). Los dos portadores de impurezas son el tipo n y el tipo p.

Semiconductor Tipo NPara incrementar el nmero de electrones de banda de conduccin en silicio intrnseco se agregan tomos de impureza pentavalente. Estos son tomos son cinco electrones de valencia talescomo arsnico (As), fsforo (P), bismuto (Bi) y antimonio (Sb).Como ilustra la figura, cada tomo pentavalente (antimonio, en este caso) forma enlacescovalentes con cuatro tomos de silicio adyacentes. Se utilizan cuatro de los electrones de valencia del tomo de antimonio para formar enlaces covalentes con tomos de silicio y queda un electrn extra. Este electrn extra llega a ser un electrn de conduccin porque no interviene en elenlace. Como el tomo pentavalente cede un electrn, se conoce como tomo donador. El nmerode electrones de conduccin puede ser controlado con cuidado mediante el nmero de tomos deimpureza agregados al silicio. Un electrn de conduccin creado mediante este proceso de dopadono deja un hueco en la banda de valencia porque excede el nmero requerido para llenarla.

Semiconductor Tipo PPara incrementar el nmero de huecos en silicio intrnseco, se agregan tomos de impureza trivalentes: tomos con tres electrones de valencia tales como boro (B), indio (In) y galio (Ga). Como muestra la figura, cada tomo trivalente (boro, en este caso) forma enlaces covalentescon cuatro tomos de silicio adyacentes. Se utilizan los tres electrones de valencia del tomo deboro en los enlaces covalentes y, como son necesarios cuatro electrones, resulta un hueco cuandose agrega cada tomo trivalente. Como el tomo trivalente puede tomar un electrn, a menudo sehace referencia a l como tomo aceptor. El nmero de huecos se controla cuidadosamente conel nmero de tomos de impureza trivalente agregados al silicio. Un hueco creado mediante esteproceso de dopado no est acompaado por un electrn de conduccin (libre).

EL DIODOSi se toma un bloque de silicio y se dopa una parte de l con una impureza trivalente y la otracon una impureza pentavalente, se forma un lmite llamado unin pn entre las partes tipo p ytipo n resultantes y se crea un diodo bsico. Un diodo es un dispositivo que conduce corrienteen slo una direccin. La unin pn es la caracterstica que permite funcionar a diodos, ciertostransistores y otros dispositivos.Nota Histrica: Despus de la invencin del foco incandescente, Edison contino experimentando y en 1883 encontr que poda detectar los electrones que fluan a travs del vaco del filamento incandescente a la placa metlica montada en el interior del foco. Este descubrimiento lleg a ser conocido como el efecto Edison. Un fsico ingls, John Fleming, parti de donde Edison se qued y encontr que el efecto Edison tambin poda ser utilizado para detectar ondas de radio y convertirlas en seales elctricas. Continu desarrollando un tubo de vaco de dos elementos llamado vlvula Fleming, ms adelante conocida como diodo.Un material tipo p consta de tomos de silicio y tomos de impureza trivalentes tales como elboro. El tomo de boro agrega un hueco cuando se enlaza con los tomos de silicio. Sin embargo, como el nmero de protones y el nmero de electrones son iguales en todo el material, noexiste carga neta en el material y por lo tanto es neutro.Un material de silicio tipo n se compone de tomos de silicio y tomos de impureza pentavalentes tales como el antimonio. Como ya se vio, un tomo de impureza libera un electrn cuandose enlaza a cuatro tomos de silicio. Como sigue habiendo un nmero igual de protones y electrones (incluidos los electrones libres) por todo el material, no existe carga neta en el material ypor lo tanto es neutro.Si un trozo de silicio intrnseco es dopado de tal forma que una parte es tipo n y la otra tipo p,se forma una unin pn en el lmite entre las dos regiones y se crea un diodo, como se indica enla figura (a). La regin p tiene muchos huecos (portadores mayoritarios) por lo tomos deimpureza y slo unos cuantos electrones libres trmicamente generados (portadores minoritarios). La regin n tiene muchos electrones libres (portadores mayoritarios) por los tomos de impureza y slo unos cuantos huecos trmicamente generados (portadores minoritarios).FORMACIN DE LA REGIN DE EMPOBRECIMIENTOLos electrones libres en la regin n se mueven aleatoriamente en todas direcciones. En el instante en que se forma la unin pn, los electrones libres que se encuentran cerca de la unin en la regin n comienzan a difundirse a travs de la unin hacia la regin p, donde se combinan con loshuecos que se encuentran cerca de la unin, como se muestra en la figura 1-17(b).Antes de analizar la formacin de la unin pn, recuerde que existen tantos electrones comoprotones en el material tipo n, por lo que el material es neutro en funcin de la carga neta; lo mismo se aplica al caso del material tipo p.Cuando se forma la unin pn, la regin n pierde electrones libres a medida que se difunden atravs de la unin. Esto crea una capa de cargas positivas (iones pentavalentes) cerca de la unin.A medida que los electrones se mueven a travs de sta, la regin p pierde huecos a medida quelos electrones y huecos se combinan. Esto crea una capa de cargas negativas (iones trivalentes)cerca de la unin. Estas dos capas de cargas positivas y negativas forman la regin de empobrecimiento, como la figura (b) lo muestra. El trmino empobrecimiento se refiere al hecho deque la regin cercana a la unin pn se queda sin portadores de carga (electrones y huecos) debido a la difusin a travs de la unin. Tenga en cuenta que la regin de empobrecimiento se formamuy rpido y que es muy delgada en comparacin con la regin n y la regin p.Despus del aumento sbito inicial de electrones libres a travs de la unin pn, la regin deempobrecimiento se expande hasta un punto donde se establece el equilibrio y no hay ms difusinde electrones a travs de la unin. Esto ocurre de la siguiente manera: conforme los electronescontinan difundindose a travs de la unin, ms y ms cargas positivas y negativas se crean cercade la unin a medida que se forma la regin de empobrecimiento. Se llega a un punto donde lacarga negativa total en la regin de empobrecimiento repele cualquier difusin adicional de electrones (partculas cargadas negativamente) hacia la regin p (las cargas iguales se repelen) y ladifusin se detiene. En otras palabras, la regin de empobrecimiento acta como barrera ante elmovimiento continuado de electrones a travs de la unin.

POTENCIAL DE BARRERA En cualquier momento que exista una carga positiva y una carga negativa,una cerca de la otra, existe una fuerza que acta en la carga como lo describe la ley de Coulomb.En la regin de empobrecimiento existen muchas cargas positivas y muchas cargas negativas enlos lados opuestos de la unin pn. Las fuerzas entre las cargas opuestas forman un campo elctrico, como se indica en la figura (b) mediante flechas entre las cargas positivas y las cargas negativas. Este campo elctrico es una barrera para los electrones libres en la regin n y se debeconsumir energa para mover un electrn a travs del campo elctrico; es decir, se debe aplicarenerga externa para hacer que los electrones se muevan a travs de la barrera del campo elctrico en la regin de empobrecimiento.La diferencia de potencial del campo elctrico a travs de la regin de empobrecimiento es lacantidad de voltaje requerido para mover electrones a travs del campo elctrico. Esta diferenciade potencial se llama potencial de barrera y se expresa en volts. Expresado de otra manera,se debe aplicar una cierta cantidad de voltaje igual al potencial de barrera y con la polaridad apropiada a travs de una unin pn para que los electrones comiencen a fluir a travs de la unin.

El potencial de barrera de una unin pn depende de varios factores, incluido el tipo de material semiconductor, la cantidad de dopado y la temperatura. El potencial de barrera tpico es aproximadamente de 0.7 V para el silicio y de 0.3 V para el germanio a 25C. POLARIZACIN EN DIRECTAPara polarizar un diodo se aplica un voltaje de cc a travs de l. Polarizacin en directa es lacondicin que permite la circulacin de corriente a travs de la unin pn. La figura muestrauna fuente de voltaje de cc conectada por un material conductor (contactos y alambres) a travsde un diodo en la direccin que produce polarizacin en directa. Este voltaje de polarizacin externo se expresa como VPOLARIZACIN. El resistor limita la corriente en condicin de polarizacinen directa a un valor que no dae al diodo. Observe que el lado negativo de VPOLARIZACIN estconectado a la regin n del diodo y el lado positivo est conectado a la regin p: ste es un requisito para que se d la polarizacin en directa. Un segundo requerimiento es que el voltaje de polarizacin, VPOLARIZACIN, debe ser ms grande que el potencial de barrera.

Una imagen fundamental de lo que sucede cuando un diodo est en condicin de polarizacinen directa se muestra en la figura. Como las cargas iguales se repelen, el lado negativo de lafuente de voltaje de polarizacin empuja a los electrones libres, los cuales son los portadoresmayoritarios en la regin n, hacia la unin pn. Este flujo de electrones libre se llama corriente deelectrones. El lado negativo de la fuente tambin genera un flujo continuo de electrones a travsde la conexin externa (conductor) y hacia la regin n como muestra la figura.

POLARIZACIN EN INVERSALa polarizacin en inversa es la condicin que en esencia evita la circulacin de corriente a travs del diodo. La figura muestra una fuente de voltaje de cc conectada a travs de un diodoen la direccin que produce polarizacin en inversa. Este voltaje de polarizacin externo se designa como VPOLARIZACIN, como en el caso de polarizacin en directa. Observe que el ladopositivo de VPOLARIZACIN est conectado a la regin n del diodo y el lado negativo est conectado a la regin p. Observe tambin que la regin de empobrecimiento se muestra mucho ms ancha que la condicin de polarizacin en directa o equilibrio.

La figura ilustra lo que sucede cuando un diodo se polariza en inversa. Como las cargasdiferentes se atraen, el lado positivo de la fuente de voltaje de polarizacin jala los electroneslibres, los cuales son los portadores mayoritarios en la regin n, lejos de la unin pn. A medidaque los electrones fluyen hacia el lado positivo de la fuente de voltaje, se crean iones positivosadicionales. Esto produce el ensanchamiento de la regin de empobrecimiento y el consecuenteempobrecimiento de los portadores mayoritarios.

VOLTAJE- CORRIENTE DE UN DIODOLa polarizacin en directa produce corriente a travs de un diodo y lapolarizacin en inversa evita una circulacin de corriente, excepto por una corriente eninversa despreciable. La polarizacin en inversa impide, en esencia, la circulacin decorriente en tanto el voltaje de polarizacin en inversa no sea igual o exceda el voltaje deruptura de la unin.

LA CURVA DE CARACTERSTICA V-I. Si combinara las curvas tanto de polarizacin en directa como de polarizacin en inversa, obtendra la curva de caracterstica V-I de un diodo.

SMBOLO DEL DIODO: Existen varios tipos de diodos, pero el smbolo esquemtico para un diodo rectificador o para propsitos generales se muestra en la figura. La regin n se llama ctodo y la regin p nodo. La flecha en el smbolo apunta en la direccin de la corriente convencional (opuesta al flujo de electrones).