VI Características de un diodo de unión PN

Los semiconductores son un tipo de material que tiene resistividad y conductividad entre los metales y los aislantes. Sobre la base de la pureza, los semiconductores son de dos tipos: Semiconductores intrínsecos es un tipo de semiconductor puro sin ninguna especie dopante (impurezas) significativa presente. Un semiconductor intrínseco también se denomina semiconductor no dopado y los semiconductores extrínsecos son un tipo de semiconductor que están dopados con una impureza, se conoce como semiconductor extrínseco.

Diodo de unión pn

La unión generalmente significa el área o punto que limita dos partes diferentes, de manera similar, en la unión de diodos es un límite de dos materiales semiconductores, es decir, el semiconductor tipo p y el tipo n.

El lado p en la unión pn tiene un lado positivo del semiconductor y tiene un exceso de huecos mientras que el lado n tiene un exceso de electrones, por lo tanto, es el lado negativo. La unión pn en los semiconductores se desarrolla mediante el método de dopaje. agregar impurezas en un semiconductor se conoce como dopaje.

Formación de unión pn

Entendamos un ejemplo, consideremos una lámina delgada de semiconductor de silicio tipo p. Si añadimos una pequeña cantidad de impureza pentavalente (que tiene valencia cinco) a esto, una parte del Si tipo p se convertirá en silicio tipo n. Esta hoja ahora contendrá ambas regiones, es decir, regiones de tipo p y n, y se crea una unión entre dos regiones. 

• Hay dos tipos de procesos que siguen después de la formación de una unión pn: difusión y deriva. Como sabemos, la difusión es el proceso que sigue el flujo de partículas de mayor concentración a menor concentración, debido a la diferencia en la concentración de electrones y huecos en los dos lados de una unión, los electrones del lado n se difunden al p -lado y los agujeros del lado p se difunden al lado n. esto lleva a aumentar la corriente de difusión.
• Además, queda un donante ionizado en el lado n, que es una carga inmóvil que se desarrolla cuando un electrón se difunde del lado n al lado p. Como resultado de este proceso, se desarrolla una capa de carga positiva en el lado n de la unión. 
• De manera similar, un aceptor ionizado queda atrás en el lado p cuando un hueco va del lado p al lado n, lo que resulta en la formación de una capa de cargas negativas en el lado p de la unión. Esta región de carga negativa (-) y positiva (+) a ambos lados de la unión se denomina región de agotamiento. 
• Se desarrolla una dirección de campo eléctrico desde una carga positiva hacia la carga negativa. Debido a esta región de carga positiva a cada lado de la unión. Debido a este campo eléctrico, se produce el flujo de electrones y huecos. Esto se denomina movimiento de deriva. generalmente, la dirección de la corriente de deriva es opuesta a la de la corriente de difusión.

Sesgo directo

En la polarización, el semiconductor está conectado a una fuente externa. cuando el semiconductor de tipo p está conectado al terminal positivo de la fuente o batería y el terminal negativo al de tipo n, se dice que este tipo de unión tiene polarización directa. En la polarización directa, la dirección del campo eléctrico incorporado cerca de la unión y el campo eléctrico aplicado son de dirección opuesta. esto significa que el campo eléctrico resultante tiene una magnitud menor que el campo eléctrico incorporado. debido a esto, hay menos resistividad y, por lo tanto, la región de agotamiento es más delgada. En el silicio, al voltaje de 0,6 V, la resistencia de la región de empobrecimiento se vuelve completamente despreciable.

Polarización inversa

En la polarización inversa, el tipo n está conectado al terminal positivo y el tipo p está conectado al terminal negativo de la batería. En este caso, el campo eléctrico aplicado y el campo eléctrico incorporado están en la misma dirección y la resultante del campo eléctrico tiene una magnitud mayor que el campo eléctrico incorporado, lo que crea una región de agotamiento más resistiva y, por lo tanto, más gruesa. si el voltaje aplicado aumenta, entonces la región de agotamiento se vuelve más resistente y más gruesa.

Fórmula de unión pn

La diferencia de potencial creada por el campo eléctrico en la unión pn viene dada por:

mi _o = V _T ln [norte _re norte _un / norte _yo ² ] 

dónde

• E _o  tensión de unión sin polarización,
• VT es el _voltaje térmico a temperatura ambiente, es decir, 26 mv,
• N _d y N _a son las concentraciones de impureza y
• n _i es la concentración intrínseca.

VI Características del diodo de unión pn

• En la condición de polarización directa, el tipo p está conectado al terminal positivo de la batería y el tipo n al terminal negativo de la batería, hay una reducción en la barrera potencial, en esta condición. Para diodos de germanio, cuando el voltaje es de 0,3 V, y para diodos de silicona, cuando el voltaje es de 0,7 V, las barreras de potencial disminuyen y hay un flujo de corriente.
• Cuando el diodo está en polarización directa , a medida que el voltaje aplicado al diodo supera la barrera de potencial, la corriente aumenta lentamente y la curva obtenida no es lineal. Una vez que el diodo cruza la barrera de potencial, el diodo se comporta normalmente y la curva aumenta bruscamente a medida que aumenta el voltaje externo y la curva obtenida es lineal.
• Cuando el diodo de unión PN está en polarización inversa , esto da como resultado un aumento en la barrera potencial y también aumenta la resistencia. Los portadores minoritarios están presentes en la unión, lo que crea flujos de corriente de saturación inversa al principio.
• Si el voltaje aplicado aumenta rápidamente, aumenta la energía cinética debido a los portadores de carga minoritarios que afectan a las cargas mayoritarias. En esta etapa, el diodo se rompe. o el voltaje se llama voltaje de ruptura. Esto también puede destruir el diodo.

Ejemplos de preguntas

Pregunta 1: Cuando el silicio se dopa con indio, ¿a qué tipo de semiconductor conduce?

Responder:

Como sabemos, la valencia del indio es 3, por lo tanto, es de naturaleza trivalente, cuando se dopa en silicio tiene la mayoría de los agujeros, por lo que es un semiconductor de tipo p.

Pregunta 2: Un transistor tiene una ganancia de corriente de 30 amperios. Si la resistencia del colector es de 6 kΩ, la resistencia de entrada es de 1 kΩ, calcule su ganancia de voltaje.

Responder:

Dado,

R _entrada = 1 kΩ y R _salida = 6k Ω  

∴ _Ganancia R = Salida R _/ Entrada _R   = 6/1 = 6  

Ganancia de voltaje = ganancia de corriente × ganancia de resistencia  

                     = 30 × 6 = 180

Pregunta 3: Escriba las características de los agujeros.

Responder:

Las siguientes son las características de los agujeros:

• Un agujero es equivalente a una carga eléctrica positiva.
• La movilidad de un agujero en comparación con la de un electrón es menor.

Pregunta 4: Nombre el tipo de sesgo que conduce al siguiente resultado:

a) Aumento de la resistencia,

b) Disminución de la resistencia y 

c) Aumento del ancho de la región de agotamiento.

Responder:

a) En polarización inversa aumenta la resistencia.

b) En la disminución de la resistencia de polarización directa.

c) En la polarización inversa, se produce un aumento en el ancho de la región de agotamiento.

Pregunta 5: ¿Cuál es la proporción de electrones y huecos en el semiconductor intrínseco?

Responder:

Número de electrones = n _e

Número de agujeros = n _h

En semiconductor intrínseco, n _e = n _h

norte _mi / norte _h = 1 

Pregunta 6: Defina el término voltaje de ruptura de la unión pn.

Responder:

En condiciones de polarización inversa, cuando el voltaje aplicado aumenta gradualmente en un punto determinado, se nota un aumento en la corriente inversa, esto es ruptura de unión, el voltaje aplicado correspondiente se conoce como voltaje de ruptura del diodo de unión pn.