¿Cómo funcionan los diodos de unión PN?

Answer 1

He tratado de hacer esta explicación lo más simple posible para que no surjan dudas conceptuales.

Entonces comencemos.

Antes de comenzar a trabajar, me gustaría explicar cómo se hace exactamente el diodo de unión. En una oblea de silicio tipo n (generalmente silicio + fósforo), se coloca una película de aluminio y luego se calientan a alta temperatura. Esto da como resultado la difusión del aluminio en silicio y, por lo tanto, nuestro diodo de unión PN está listo para usarse en varios dispositivos semiconductores. También se puede preparar mediante la difusión de fósforo en un semiconductor de tipo p.

TRABAJANDO :-

Consideremos un diodo imparcial (diodo no conectado a ninguna fuente de voltaje).

Al ver el diagrama, observamos que los agujeros son los portadores mayoritarios en el lado izquierdo (tipo p) mientras que los electrones son los portadores mayoritarios en el lado derecho (tipo n).

Por lo tanto, para distribuir la concentración sobre el diodo, los agujeros comienzan a difundirse hacia la derecha, mientras que los electrones se difunden hacia la izquierda. Esto genera una corriente que fluye de izquierda a derecha [tipo p a tipo n] (ya que la dirección de la corriente siempre es OPUESTA a la dirección del flujo de electrones e igual que la dirección del movimiento de los agujeros). Esta corriente se conoce como CORRIENTE DE DIFUSIÓN.

Por lo tanto,

[matemáticas] I_ {df} = I_e + I_h [/ matemáticas]

es decir, corriente de difusión = corriente debido al flujo de electrones + corriente debido al movimiento de los agujeros.

Sabemos que los semiconductores de tipo p y tipo n son neutros inicialmente. Por lo tanto, la difusión de agujeros y electrones provoca un exceso de carga positiva en la región n y un exceso de carga negativa en la región p. Así el sistema se vuelve INESTABLE.

Esta doble capa de carga crea un campo eléctrico (dirección – tipo n a tipo p [derecha a izquierda]) [porque la dirección del campo siempre está lejos de las cargas positivas (derecha) y hacia las cargas negativas (izquierda)]. Este campo ejerce una fuerza sobre los electrones y los agujeros, contra su difusión.

Por lo tanto, se crea una diferencia de potencial en el diodo de unión con la región n a un potencial mayor que la región p. Este potencial se conoce como barrera potencial. La región de unión ahora está casi vacía de portadores de carga y, por lo tanto, se conoce como capa de agotamiento.

Cuando se crea un par electrón-agujero en la región de agotamiento, el campo eléctrico de barrera empuja al electrón hacia el lado n y el agujero se empuja hacia el lado p, lo que da lugar a una corriente desde el lado n hacia p lado (de derecha a izquierda). Esta corriente se conoce como DRIFT CURRENT y su dirección es opuesta a la de la corriente de difusión.

Por lo tanto, para un diodo imparcial,

[matemáticas] I_ {df} = I_ {dr} [/ matemáticas], es decir, [matemáticas] I_ {net} = 0 [/ matemáticas]

Por lo tanto, no fluye corriente a través de un diodo imparcial.

Ahora discutamos el funcionamiento cuando el diodo está BIENADO HACIA ADELANTE.

El diodo está en modo de polarización directa cuando los terminales positivo y negativo de una fuente de voltaje de CC están conectados al lado p y al lado n del diodo, respectivamente.

Esto aumenta el potencial en el lado p y disminuye el potencial en el lado n del diodo. Este potencial equilibra el potencial de barrera que se genera internamente en el diodo. Por lo tanto, la difusión de electrones y agujeros se incrementa y la corriente fluye a través del semiconductor .

A medida que el potencial de barrera disminuye debido al potencial externo, la capa de agotamiento también se vuelve más pequeña.

Por lo tanto, cuando el diodo está polarizado hacia adelante, podemos concluir que,

[matemáticas] I_ {df}> I_ {dr} [/ matemáticas]

y también que el la corriente neta fluye del lado p al lado n.

El funcionamiento del diodo de unión polarizado hacia atrás es exactamente opuesto al de polarización directa.

El diodo está en modo de polarización inversa cuando los terminales positivo y negativo de una fuente de voltaje de CC están conectados al lado n y al lado p del diodo, respectivamente.

Esto aumenta el potencial en el lado n y disminuye el potencial en el lado p del diodo. Esta caída potencial está en la misma dirección que la caída potencial de barrera. Por lo tanto, la difusión de electrones y agujeros casi se detiene y, por lo tanto, no fluye corriente a través del semiconductor .

A medida que aumenta el potencial de barrera debido al potencial externo, la capa de agotamiento también se ensancha.

Por lo tanto, cuando el diodo tiene polarización inversa, podemos concluir que la corriente neta fluye del lado n al lado p como

[matemáticas] I_ {dr}> I_ {df} [/ matemáticas]

ESPERO QUE ESTA RESPUESTA haya despejado TODAS SUS DUDAS CONCEPTUALES.

PING ME EN LA SECCIÓN DE COMENTARIOS SI ALGUNA DE LAS CONSULTAS AÚN EXISTE.

GRACIAS POR LEER.

Answer 2

La clave es que una vez que contactas físicamente con materiales dopados con P y N (ya sea atómicos como Si o Ge, o compuestos como GaAS o InP), los portadores libres en exceso creados por el dopaje se difunden inmediatamente. Desde el lado N, los electrones se difunden hacia el P y desde el P, los agujeros se difunden hacia el N. Al hacerlo, estos portadores se recombinan (se destruyen entre sí) dejando solo los iones dopantes fijos pero cargados originales. Estos iones son negativos en el lado P (al haber perdido agujeros) y positivos en el lado N (al haber perdido electrones).

Esto hace que aparezca un campo eléctrico de N a P, que es la esencia de la “capa de agotamiento”. El campo de la capa de agotamiento es opuesto al movimiento original de los agujeros o electrones que lo forman, por lo que se alcanza un equilibrio y el grosor de la capa de agotamiento (y, por lo tanto, la intensidad del campo) alcanza un valor fijo. La capa también crea una barrera para el flujo de corriente adicional debido a la dirección del campo.

A medida que aplica un voltaje a la unión en una dirección “hacia adelante”, el equilibrio cambia y la barrera se hace más pequeña. Esto es “polarización directa” y puede fluir más corriente. A medida que aplica voltaje en la dirección “inversa”, la barrera se hace más grande / más gruesa. Esto es “polarización inversa” y puede fluir menos corriente.

Es esta modulación del espesor de la capa de agotamiento por voltaje aplicado lo que le da la curva IV de un diodo que es una función exponencial continua al igual que la modulación del grosor de agotamiento también es continua.

Desde nuestro punto de vista, esto parece “apagado” y “encendido” con cierta polarización de voltaje (por ejemplo, 0.7V para diodos de silicio). Este es un artefacto de la ecuación de diodo exponencial. Los semiconductores compuestos se comportan de la misma manera y forman capas de agotamiento de la misma manera, solo el “dopaje” es el dopaje estequiométrico del compuesto en lugar de los dopantes añadidos.

Answer 3

El diodo de unión PN es el dispositivo electrónico más fundamental y más simple. Cuando un lado de un semiconductor intrínseco se dopa con un aceptor, es decir, un lado se hace tipo p por dopado con material de tipo n, se forma un diodo de unión pn. Este es un dispositivo de dos terminales. Apareció en la década de 1950.

La unión PN puede ser gradual o lineal. En el paso gradual, la concentración de dopantes, tanto en el lado n como en el lado p, es constante hasta la unión. Pero en la unión gradualmente lineal, la concentración de dopaje varía casi linealmente con la distancia desde la unión.

Cuando el diodo PN está en condiciones insesgadas y no se aplica voltaje a través de él, los electrones se desactivarán a través de la unión hacia el lado p y los agujeros se desactivarán a través de la unión hacia el lado n y se combinan entre sí. Por lo tanto, el átomo aceptor cerca del lado p y el átomo donador cerca del lado n no se utilizan. Un campo de electrones es generado por estos cargos descubiertos. Esto se opone a una mayor difusión de los portadores. Por lo tanto, ningún movimiento de región se conoce como carga espacial o región de agotamiento.
Si, aplicamos polarización directa al diodo de unión pn . Eso significa que si el lado positivo de la batería está conectado al lado p, entonces el ancho de las regiones de agotamiento disminuye y los portadores fluyen a través de la unión. Si se invierte el sesgo, el ancho de agotamiento aumenta y no puede fluir carga a través de la unión.

Answer 4

Los diodos funcionan como interruptores unidireccionales que permiten que los electrones vayan en una dirección pero bloquean el flujo en la dirección opuesta.

Tenga en cuenta que este diagrama muestra el flujo de corriente CONVENCIONAL (+ a -) mientras que el flujo de ELECTRON es de negativo a positivo. La parte SUPERIOR de la batería es POSITIVA. La flecha en el cable de la placa muestra el flujo del AGUJERO, NO el flujo de electrones

En este diagrama, observe que los ELECTRONES fluyen CONTRA la dirección de las flechas. Esto muestra un rectificador de estado sólido de onda completa.

Answer 5

En el momento de la formación de la unión PN, observamos que se producen diferentes fenómenos, como el movimiento de los portadores mayoritarios y minoritarios, la formación de regiones, etc. Durante la formación de la unión pn se producen tres fenómenos importantes:

(i) Difusión:

En una oblea de silicio cuando se forma la unión, se produce una concentración entre los materiales tipo p y tipo n. Esto da como resultado el movimiento de electrones del lado n al lado p y agujeros del lado p al lado n a través de la unión. Este movimiento de electrones del lado n al lado p y los agujeros del lado p al lado n se llama difusión, lo que da como resultado una corriente de difusión.

(ii) Formación de la región de agotamiento:

La región donde se depositan las cargas negativas y positivas en uno de los lados se conoce como región de agotamiento .

(iii) Deriva:

Cuando las cargas negativas se depositan cerca de la unión del lado p y las cargas positivas se depositan cerca de la unión del lado n, se genera el campo eléctrico. Este movimiento de los portadores de carga debido al campo eléctrico se conoce como deriva y la corriente resultante del flujo de electrones y agujeros se conoce como corriente de deriva.

En nuestro artículo explicamos la teoría básica del diodo de unión pn, su formación, su ecuación básica, etc. Para obtener más detalles, haga clic a continuación:

Diodo de unión de Pn

Answer 6

Un diodo es un dispositivo de dos terminales que conduce o permite corriente cuando el potencial en el ánodo es mayor que el potencial en el cátodo.

En otras palabras, es un dispositivo que permite el flujo en una dirección y bloquea en otra dirección.

Ver la figura de arriba.

Cuando se aplica presión desde el extremo P a N, la puerta A se mueve hacia N y permite el flujo. Pero lo contrario no es posible.

Answer 7

El diodo solo permite que la corriente pase del ánodo al cátodo y bloquea la corriente en la dirección opuesta.

Si la corriente era aire y el diodo era una válvula, el ánodo está en el exterior y el cátodo dentro de la rueda.

Answer 8

Para comprender cómo funciona un diodo de unión pn, comience por imaginar dos bits separados de semiconductores, uno de tipo n y el otro de tipo p. Reunirlos y unirlos para hacer una pieza de semiconductor que se dopa de manera diferente a cada lado de la unión. Los electrones libres en el lado n y los agujeros libres en el lado p pueden vagar inicialmente por la unión. Cuando un electrón libre se encuentra con un agujero libre, puede “caer en él”. En lo que respecta a los movimientos de carga, esto significa que el agujero y el electrón se cancelan entre sí y desaparecen.

Como resultado, los electrones libres y los agujeros cerca de la unión tienden a comerse entre sí, produciendo una región sin cargas móviles. Esto crea lo que se llama la zona de agotamiento. Ahora, cualquier cargo gratuito que pase por la zona de agotamiento se encuentra en una región sin otros cargos gratuitos. Localmente ve muchas cargas positivas (los átomos donantes) en el lado de tipo n y muchas cargas negativas (los átomos aceptores) en el lado de tipo p. Éstos ejercen una fuerza sobre la carga gratuita, conduciéndolo de regreso a su “lado propio” de la unión lejos de la zona de agotamiento.

Los átomos aceptores y donantes están ‘clavados’ en el sólido y no pueden moverse. Sin embargo, la carga negativa del electrón extra del aceptador y la carga positiva del protón extra del donante (expuesto por su electrón faltante) tienden a mantener la zona de agotamiento limpia de cargas libres una vez que la zona se ha formado. Una carga gratuita ahora requiere un poco de energía extra para superar las fuerzas de los átomos donantes / aceptores para poder cruzar la zona. Por lo tanto, la unión actúa como una barrera, bloqueando cualquier flujo de carga (corriente) a través de la barrera.