FISICA ELECTRONICA UNIDAD DE APRENDIZAJE 2: FISICA DE LOS
SEMICONDUCTORES
UNION P-NDiodo de Unin P-N PolarizadoSe da cuando cundo unimos
dos semiconductores dopados del tipo N y del tipo P. En la que da
origen a un dispositivo denominado diodo. Del lado izquierdo es de
tipo P, se ha aadido el Boro.Del lado derecho es de tipo N, se ha
aadido el Fsforo.
En la imagen tenemos la unin (parte azul), en la que hay
contacto, por ende est en equilibrio (voltaje 0), pero puede darse
el caso que haya intercambio de cargas, al que se denomina
Polarizacin directa (intercambio de energa), o tambin podemos darle
Polarizacin inversa (Separacin de cargas).
Unin P-N con Polarizacin externa Directa:En esta explicacin
resumida me basare en el Applet. La direccin web del applet est al
final de la presentacin.En las flechas de arriba y abajo, es el
voltaje modificable de la batera. (Por defecto est a o).El recuadro
rojo es el dopado del tipo P.El recuadro Azul es el dopado de tipo
N.As como se ve la imagen, no existe intercambio de cargas entre
ambos bandos. Habra que aadirle energa externa (batera), para que
haya circulacin entre ambas cargas.
En esta imagen tenemos otro modo de representar lo que hemos
visto hasta ahora.Se puede apreciar que si unimos N-P ambos
ocuparan lo lugares que le corresponden. Los del tipo N, ocuparn
los huecos del Tipo P. Mientras que los del Tipo P, ocuparn los
electrones del tipo N.
Se ha subido de voltaje al applet, mira lo que se ve, la primera
barra del diodo se han comprimido, esto significa que se ha
conectado a una fuente de energa y las cargas estn pasando entre
ambos bandos. En segunda barra se puede apreciar con claridad lo
dicho, estn muy cerca y se puede ver que los electrones (Tipo N, de
azul) estn llenando los huecos del otro bando (Tipo P, de rojo), y
lo mismo pasa con los huecos (color rojo) estn unindose con los
electrones del bando azul.Con este esquema podemos decir que hay
una polarizacin externa directa, lo que significa que fluye energa
y pasa por el diodo, que permite el paso de corriente elctrica.
Viendo desde una perspectiva real, se ha conectado a una pila y
se ha utilizado un foco, para comprobar la teora. El foco se
enciende, es porque las cargas estn fluyendo respectivamente.
El applet, tambin muestra la representacin de su carga espacial
y su campo elctrico, las frmulas que se ven son para hallar, por
ejemplo, si queremos hallar el clculo de electrones donadores, es
la frmula de arriba y para hallar el clculo de aceptadores es la
frmula de abajo.Donde:Nd= DonadoresXp= el ancho de la uninNa=
Aceptadores.
Unin P-N con polarizacin externa Inversa:
Se ha cambiado de suministro de energa al diodo, explicando con
nuestro ejemplo anterior, se puede decir que hemos cambiado de
posicin a la batera. Entonces el diodo estar a la inversa, no dejar
pasar corriente.Pero qu sucede en el diodo? Tal como se aprecia en
la grfica en la zona de unin se ha alejado, y obviamente casi no
habr suficiente intercambio entre ambos bandos.Tambin se observa
que sucede al contrario, las cargas de cada portador se alejan de
la zona de agotamiento y por lo tanto se comporta como un aislante
de energa elctrica.
En la siguiente figura se ha suministrado energa negativa al
diodo, se puede apreciar con claridad, que hay polarizacin
inversa.
Al aplicarse energa negativa a la Zona P, suelen atraerse y sus
portadores mayoritarios suelen desplazarse hacia ese lugar.Lo mismo
sucede al aplicarse energa positiva al lado N, sus portadores
mayoritarios se desplazan hacia ese lugar.Asimismo la zona de unin
o de agotamiento, se ha separado, lo cual dificulta el paso de
electrones y huecos.Resulta, que los portadores minoritarios son
atrados a la zona de agotamiento, la unin de ambos crean cargas
elctricas, como ya se ha visto en la polarizacin directa. Pero en
la polarizacin inversa, por ser estos pocos, no generan suficiente
carga, para producir corriente elctrica.
En la siguiente Applet, lo cual ha sido extrado en imgenes.
Tambin se puede apreciar La polarizacin directa e inversa de un
diodo, cuando se conecta a una fuente de energa. Lo que se
diferencia de los anteriores es que tiene la opcin de modificar los
parmetros del diodo y del circuito ampliamente con una vista ms
completa.El siguiente recuadro muestra lo siguiente: El primero la
tensin seleccionado sea + o -. La segunda es la corriente que pasa
por el diodo. La tercera la carga acumulada en las zonas neutras
del diodo y la cuarta la tensin que cae en bornas del
diodo.Configuracin del circuito y el diodo.Esta grfica es una
simulacin. Cuando se da el caso de la polarizacin directa se
acercarn, pero al darle polarizacin inversa, se producir la
separacin de cargas.La ecuacin se actualiza segn la simulacin del
diodo, se muestra la ecuacin para: la carga del diodo, la tensin en
bornas del diodo y los perfiles para los mayoritarios de nodo y el
ctodo.Muestra el circuito para conmutar el diodo.
Configuracin del diodo, por ejemplo tenemos la cantidad de
huecos, electrones; Cantidad de aceptadores y donadores. Para que
los cambios surjan efectos clic en aceptar.Configuracin del
circuito, para la tensin directa e inversa y las resistencias. Para
que los cambios surjan efectos clic en aceptar.
Sealado las opciones de este Applet y con algunas
configuraciones, se ha puesto en voltaje positivo.En la grfica se
observa que se suministra energa positiva, que pasa por la
resistencia y que llega al nodo del diodo. Obviamente est en
polarizacin directa, conduce corriente elctrica.Adicionalmente el
grafico de color rojo con azul, muestra el seguimiento del
funcionamiento del diodo, se ha comprimido por la conduccin de
portadores entre ambos bandos.Al lado izquierdo estn los valores
numricos que poseen la funcin de la tensin, cargas, la zona neutral
y las bornas del diodo.Al final algunos botones para detener y
mostrar los grficos.+-Seleccionado lado positiva
Ahora se puesto en energa negativa, obviamente dar una
polarizacin inversa.La energa negativa pasa por la resistencia que
llega hasta el nodo del diodo. No conduce corriente elctrica porque
sus portadores mayoritarios se van separar y slo los portadores
minoritarios estarn en el lugar de la polarizacin y por lo tanto no
ser suficiente para la conduccin de corriente.En la grfica se ve
claramente que hay una separacin de portadores, la simulacin clara
respecto a lo que sucede en el diodo.Al igual en la parte izquierda
nos muestra los valores de tensin, cargas, tensin de la zona
neutral y las bornas del diodoCtodonodo-+Seleccin negativa
REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS
http://www.profesormolina.com.ar/tutoriales/diodo.htm
http://www.info-ab.uclm.es/labelec/Solar/Componentes/Diodo_I/otrosdiodos.htm
http://www.asifunciona.com/fisica/af_diodos/af_diodos_3.htm
http://www.asifunciona.com/fisica/af_diodos/af_diodos_1.htm
APPLETS:
http://webpersonal.uma.es/~ECASILARI/Docencia/Applets/3.Union_PN_en_equilibrio_y_polarizada/Applet3.html
http://webpersonal.uma.es/~ECASILARI/Docencia/Applets/4.La_ley_de_Shockley/Applet4.html
http://webpersonal.uma.es/~ECASILARI/Docencia/Applets/Applet3/DiodoConmutaApplet.html