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