Obtención de Semiconductores (Tipo P y Tipo N)

Los niveles de energía definidos y discretos permitidos a los electrones de átomos individuales se ensanchan hasta convertirse en bandas de energía cuando los átomos se agrupan densamente en un sólido. La anchura y separación de esas bandas definen muchas de las propiedades del material.

Por ejemplo, las llamadas bandas prohibidas, en las que no pueden existir electrones, restringen el movimiento de éstos y hacen que el material sea un buen aislante térmico y eléctrico. Cuando las bandas de energía se solapan, como ocurre en los metales, los electrones pueden moverse con facilidad, lo que hace que el material sea un buen conductor de la electricidad y el calor. Si la banda prohibida es estrecha, algunos de los electrones más rápidos pueden saltar a la banda de energía superior: es lo que ocurre en un semiconductor como el silicio. En ese caso, el espacio entre las bandas de energía puede verse muy afectado por cantidades minúsculas de impurezas, como el arsénico.

Cuando la impureza provoca el descenso de una banda de energía alta, se dice que es un donante de electrones, y el semiconductor resultante se llama de tipo n. Cuando la impureza provoca el ascenso de una banda de energía baja, como ocurre con el galio, se dice que es un aceptor de electrones. Los vacíos o huecos de la estructura electrónica actúan como si fueran cargas positivas móviles, y se dice que el semiconductor es de tipo p.

Material Tipo N

Tanto el material tipo n como el tipo p se forman mediante la adición de un número predeterminado de átomos de impureza al germanio o al silicio. El tipo n se crea a través de la introducción de elementos de impureza que poseen cinco electrones de valencia (pentavalentes), como el antimonio, arsénico y fósforo.

Material Tipo P

El material tipo p se forma mediante el dopado de un cristal puro de germanio o de silicio con átomos de impureza que poseen tres electrones de valencia. Los elementos que se utilizan con mayor frecuencia para este propósito son el boro, galio e indio.

Diodos Semiconductores

Es el dispositivo semiconductor más sencillo y se puede encontrar prácticamente en cualquier circuito electrónico. Los diodos se fabrican en versiones de silicio (la más utilizada) y de germanio.

Símbolo del Diodo Semiconductor

Símbolo del diodo (A – ánodo, K – cátodo)

Estructura del Diodo

Los diodos constan de dos partes, una llamada N y la otra llamada P, separadas por una juntura llamada barrera o unión. Esta barrera o unión es de 0.3 voltios en el germanio y de 0.6 voltios aproximadamente en el diodo de silicio.

Principio de Operación de un Diodo

El semiconductor tipo N tiene electrones y el semiconductor positivo tiene huecos (ausencia de electrones).

• Cuando una tensión positiva se aplica al lado P y una negativa al lado N, los electrones en el lado N son empujados al lado P y los electrones fluyen a través del material P más allá de los límites del semiconductor. De igual manera, los huecos en el material P son empujados con una tensión negativa al lado del material N y los huecos fluyen a través del material N.
• En el caso opuesto, cuando una tensión positiva se aplica al lado N y una negativa al lado P, los electrones en el lado N son empujados al lado N y los huecos del lado P son empujados al lado P. En este caso, los electrones en el semiconductor no se mueven y, en consecuencia, no hay corriente.

Polarización del Diodo

Polarización Directa

Es cuando la corriente que circula por el diodo sigue la ruta de la flecha (la del diodo), o sea, del ánodo al cátodo. En este caso, la corriente atraviesa el diodo con mucha facilidad, comportándose prácticamente como un cortocircuito.

Polarización Inversa

Es cuando la corriente en el diodo desea circular en sentido opuesto a la flecha (la flecha del diodo), o sea, del cátodo al ánodo. En este caso, la corriente no atraviesa el diodo, y se comporta prácticamente como un circuito abierto.

Nota: El funcionamiento antes mencionado se refiere al diodo ideal, esto quiere decir que el diodo se toma como un elemento perfecto (como se hace en casi todos los casos), tanto en polarización directa como en polarización inversa.

Aplicaciones del Diodo

Los diodos tienen muchas aplicaciones, pero una de las más comunes es el proceso de conversión de corriente alterna (C.A.) a corriente continua (C.C.). En este caso, se utiliza el diodo como rectificador.