Fundamentos de Semiconductores, Dopaje y Funcionamiento Esencial del Diodo

Introducción a los Materiales Semiconductores

Los materiales semiconductores son la base de la electrónica y se caracterizan por el hecho de dejar pasar la electricidad si se cumplen unas determinadas condiciones; en caso de no cumplirse dichas condiciones, actúan como materiales aislantes.

Los materiales semiconductores más comunes son el silicio, el germanio, el arseniuro de galio y el fosfuro de indio. De todos ellos, el que tiene mayor aplicación es el silicio.

Clasificación de Semiconductores

Materiales Semiconductores Intrínsecos

Es el material que está formado por un único componente, por ejemplo, el silicio.

Nota: En un cuerpo sólido, los átomos están continuamente vibrando; dicha vibración aumenta al aumentar su temperatura.

Materiales Semiconductores Extrínsecos y Dopaje

Para mejorar la conductividad de los materiales semiconductores intrínsecos se les añade pequeñas cantidades de otros elementos denominados impurezas.

Al hecho de introducir las impurezas es a lo que denominamos dopaje del semiconductor.

Semiconductor Tipo N

Es un semiconductor extrínseco dopado con impurezas de un elemento con cinco electrones en su capa externa (elementos donadores).

Semiconductor Tipo P

Es un semiconductor extrínseco dopado con impurezas de un elemento con tres electrones en su capa externa (elementos aceptores).

El Diodo y la Unión P-N

El diodo es el componente electrónico más sencillo. Un diodo está constituido por la unión de dos semiconductores, uno de tipo P y otro de tipo N, formando lo que se denomina la unión P-N.

Fenómeno de Difusión y Barrera de Potencial

Cuando se unen un semiconductor tipo P con uno tipo N, se produce un fenómeno llamado difusión. Este consiste en que los electrones libres del semiconductor tipo N se desplazan hacia los huecos cercanos del semiconductor tipo P. En este momento, en la zona de unión, quedan cargas eléctricas distribuidas de la siguiente manera:

• Cargas positivas en la zona del semiconductor tipo N cercana al semiconductor tipo P.
• Cargas negativas en la zona del semiconductor tipo P cercana al semiconductor tipo N.

Polarización del Diodo

Polarización Directa

Cuando un diodo es polarizado directamente, lo que ocurre en su interior es que los electrones que están en la barrera de potencial son atraídos por el terminal positivo de la fuente de alimentación y se desplazan hacia él.

A medida que los electrones se desplazan hacia el terminal positivo de la fuente de alimentación, van dejando huecos que serán ocupados por nuevos electrones de la zona N.

Características de Funcionamiento del Diodo Estándar

• Si se usa el silicio como material semiconductor, un diodo polarizado directamente conduce siempre que la tensión aplicada sea superior a 0,6 V (tensión de umbral).
• Un diodo polarizado inversamente no conduce, independientemente de la tensión a la que esté sometido (hasta alcanzar la tensión de ruptura).

Tipos Especiales de Diodos

Diodo Zener

Un diodo Zener, a diferencia de los diodos estándar, trabaja siempre en polarización inversa. Conduce si el voltaje que lo alimenta sobrepasa un determinado valor característico de cada diodo Zener, denominado tensión de ruptura.

Diodo LED (Light Emitting Diode)

Es un diodo que, al ser polarizado directamente, permite el paso de intensidad y produce luz (electroluminiscencia). La luz que emite un diodo LED puede ser de diferentes colores: rojo, verde, ámbar, etc. Generalmente, trabaja con tensiones de aproximadamente 2 V.