- Es un diodo, una especie de dispositivo semiconductor (generalmente con 2 terminales como su nombre indica). A diferencia de un diodo pn normal, conduce en ambos sentidos. Esto se debe a una peculiaridad del proceso de fabricación: la concentración de impurezas (dopante) es intencionalmente alta, que el semiconductor se vuelve un poco más como un conductor (resistencia pequeña):
Los semiconductores son los únicos materiales que exhiben este comportamiento extraño: si agrega impurezas en un metal, no alterará significativamente su resistencia (cuando inyecta CC). Recordatorio de la ley de Ohm: R = V / I
Los diagramas anteriores deben leerse como: qué le sucede al dispositivo X cuando se le inyecta un voltaje conocido V: produce una corriente desconocida I
- El dopaje pesado mencionado anteriormente es intencional, ya que altera los niveles de energía en el semiconductor. Esto permite que el espacio diseñado entre los tipos de material p y n sea mucho mayor de lo normal. Hasta ahora hemos descrito un diodo Zener.
Si el salto es más alto, significa que la diferencia de potencial es mucho más abrupta para la misma área. (No me gusta esta imagen; hay varias cosas mal con ella. La cambiaré o haré la mía en el futuro). - El efecto anterior hace que sea muy conveniente (y más probable) que los electrones vayan a decir ¡adiós! y simplemente renunciar al hecho de que no se les permite saltar del nivel de energía más bajo a la energía más alta así como así; no, de hecho, lo que sucede aquí es un túnel cuántico, un efecto en el que la física moderna muestra el dedo medio a la mecánica newtoniana, y dice: ¡por qué no, nos teletransportaremos a través de esta delgada pared solo para lulz!
LOLWUT, novato!
Lo mismo que la representación crackin ‘de la unión pn normal anterior, pero muestra qué tienen que soportar los pobres electrones cada vez que se estrellan contra una pared. * - Exhibe esta curva extraña:
Esto es como ese inconformista molesto con un gusto extraño en la música. ¿Ves cómo ninguna de las curvas de arriba tiene una pendiente que baja? Sip. ¡Este pequeño tonto tiene una resistencia negativa (diferencial)!
¿Cómo es eso posible?
Puedes pensarlo como un diodo con esteroides: lleno de impurezas intencionales hasta que la estructura cristalina se degenera y tiende a comportarse como un conductor loco.
En algún momento después de que seguimos aumentando el voltaje, los electrones y los agujeros de túnel dejan de hacer un túnel a través de la unión como si no estuviera allí y comienzan a colisionar cada vez con más frecuencia. Este es un proceso convencional en el diodo de Jane simple, que da como resultado un par de agujeros de electrones (llamado excitón por ataúdes demasiado entusiastas, de hecho es bastante aburrido).
Esto sigue absorbiendo la corriente de túnel normal, y a medida que las brechas de energía tienden a acercarse, el túnel ya no tiene lugar y el diodo se comporta como una aburrida unión pn.
observe el nivel de energía de Fermi (Ef) en los diagramas; Si un electrón en la banda de valencia (donde se ubican normalmente a temperatura ambiente y a 0 V) tiene más energía que el nivel de fermi, puede saltar hacia la siguiente banda. En un diodo perfecto, el electrón no puede tomar ninguna otra energía entre Ec o Ev (esta propiedad se llama brecha de banda o brecha prohibida y es el resultado de las capas electrónicas de un átomo, o puede ser diseñada)
a) unión a 0V
b) unión @V <0 – conductor aburrido
c) unión @V> 0 – ocurre magia
d) unión @V >> 0 – comportamiento aburrido del diodo
Así que felicidades por llegar tan lejos. ¿Porqué necesitamos esto?
Bueno, piénsalo por un segundo. Regresa a esa curva. Digamos que tenemos un circuito que obtiene una salida de potencia constante (P = V * I), como lo hacen muchos transmisores de radio. Por lo tanto, sería muy conveniente si tuviéramos un componente que se regulara si el voltaje fuera demasiado alto o demasiado bajo.
Oh, espera, este componente se llama oscilador: los diodos de túnel siempre han estado a la vanguardia de la ingeniería de alta frecuencia. Los primeros diodos tenían una frecuencia máxima de 2.2 GHz más o menos (en una era donde unos pocos cientos de MHz parecían el límite superior), mientras que hoy vemos eso en Wi-Fi mundano.
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El efecto fue descubierto a finales de los años 50 por Esaki y recibió un premio Nobel de física en 1973. Esaki y Tsu (un colega suyo) fueron coautores de una serie de documentos legendarios hasta entonces, y podrían considerarse algunos de los grandes -daddys de dispositivos de microondas semiconductores contemporáneos y más.
algunos recursos:
http://spectrum.ieee.org/biomedi…
http://electronicdesign.com/arch…
Divulgación: mi tema de doctorado se trata de un subconjunto de diodos de túnel.
* Los portadores de carga fueron batidos, hilados, multiplicados, colisionados, escupidos y arrojados nuevamente durante la redacción de esta respuesta.
