¿Qué Es La Unión P-N? Formación, Fórmula Y Caracteristicas.

Definición: Una unión p-n es una interfaz o un límite entre dos tipos de material semiconductor, a saber, el tipo p y el tipo n, dentro de un semiconductor.

El lado p o el lado positivo del semiconductor tiene un exceso de agujeros y el lado n o el lado negativo tiene un exceso de electrones. En un semiconductor, la unión p-n se crea por el método de dopaje. El proceso de dopaje se explica con más detalle en la siguiente sección.

Formación de la unión P-N

Como sabemos, si usamos diferentes materiales semiconductores para hacer una unión p-n, habrá un límite de grano que inhibiría el movimiento de los electrones de un lado a otro al dispersar los electrones y los agujeros y así usamos el proceso de dopaje.

Entenderemos el proceso de dopaje con la ayuda de este ejemplo. Consideremos una fina lámina semiconductora de silicio tipo p. Si añadimos una pequeña cantidad de impureza pentavalente, una parte del Si tipo p se convertirá en silicio tipo n.

Puedes leer: Inductores: Cómo Elegir Y Comprar El Adecuado

Mira TambiénCómo Evitar Un Cortocircuito

Esta hoja contendrá ahora tanto la región de tipo p como la de tipo n y una unión entre estas dos regiones. Los procesos que siguen después de la formación de una unión p-n son de dos tipos: difusión y deriva.

Como sabemos, hay una diferencia en la concentración de agujeros y electrones en los dos lados de una unión, los agujeros del lado p se difunden al lado n y los electrones del lado n se difunden al lado p. Estos dan lugar a una corriente de difusión a través de la unión.

Además, cuando un electrón se difunde del lado n al lado p, un donante ionizado se queda en el lado n, que está inmóvil. A medida que el proceso continúa, se desarrolla una capa de carga positiva en el lado n de la unión.

De manera similar, cuando un agujero va del lado p al lado n, y se deja un aceptador ionizado en el lado p, se produce la formación de una capa de cargas negativas en el lado p de la unión. Esta región de carga positiva y negativa a cada lado de la unión se denomina región de agotamiento.

Debido a esta región de carga espacial positiva a cada lado de la unión, se desarrolla una dirección de campo eléctrico desde una carga positiva hacia la carga negativa. Debido a este campo eléctrico, un electrón en el lado p de la unión se mueve al lado n de la unión. Este movimiento se denomina la deriva. Aquí vemos que la dirección de la corriente de deriva es opuesta a la de la corriente de difusión.

Cómo Funciona Un Resistor

Las condiciones de polarización para el diodo de unión p-n

Hay dos regiones operativas en el diodo de unión p-n:

• Tipo P
• Tipo N

Hay tres condiciones de sesgo para el diodo de unión p-n y esto se basa en el voltaje aplicado:

• Cero sesgo: No hay voltaje externo aplicado al diodo de unión p-n.
• Sesgo delantero: El terminal positivo del potencial de voltaje está conectado al tipo p mientras que el terminal negativo está conectado al tipo n.
• Sesgo inverso: El terminal negativo del potencial de voltaje está conectado al tipo p y el positivo está conectado al tipo n.

Sesgo hacia adelante

Cuando el tipo p se conecta al terminal positivo de la batería y el tipo n al terminal negativo, se dice que la unión p-n está orientada hacia adelante. Cuando la unión p-n está sesgada hacia adelante, el campo eléctrico incorporado en la unión p-n y el campo eléctrico aplicado están en direcciones opuestas. Cuando ambos campos eléctricos se suman, el campo eléctrico resultante tiene una magnitud menor que el campo eléctrico incorporado.

Esto da como resultado una región de agotamiento menos resistente y más delgada. La resistencia de la región de agotamiento se vuelve insignificante cuando el voltaje aplicado es grande. En el silicio, a un voltaje de 0,6 V, la resistencia de la región de agotamiento se vuelve completamente insignificante y la corriente fluye a través de ella sin impedimentos.

Sesgo inverso

Cómo Funciona un Giroscopio

Cuando el tipo p se conecta al terminal negativo de la batería y el tipo n se conecta al lado positivo, entonces se dice que la unión p-n está sesgada al revés. En este caso, el campo eléctrico incorporado y el campo eléctrico aplicado están en la misma dirección.

Cuando se suman los dos campos, el campo eléctrico resultante está en la misma dirección que el campo eléctrico incorporado, creando una región de agotamiento más resistente y más gruesa. La región de agotamiento se vuelve más resistiva y más gruesa si el voltaje aplicado es mayor.

Fórmula de unión P-N

La fórmula utilizada en la unión p-n depende de la diferencia de potencial incorporada creada por el campo eléctrico se da como:

\(E_{0}=V_{T}ln[\frac{N_{D}.N_{A}}{n_{i}^{2}}]\)

Donde,

• E₀ es el voltaje de unión de sesgo cero
• V_T es el voltaje térmico de 26mV a temperatura ambiente
• N_D y N_A son las concentraciones de impurezas
• n_i es la concentración intrínseca.

¿Cómo fluye la corriente en el diodo de unión PN?

El flujo de electrones desde el lado n hacia el lado p de la unión tiene lugar cuando hay un aumento del voltaje. De manera similar, el flujo de agujeros desde el lado p hacia el lado n de la unión tiene lugar junto con el aumento del voltaje.

Diferencias Entre Cable Trifásico Y Monofásico

Esto da como resultado el gradiente de concentración entre ambos lados de los terminales. Debido a la formación del gradiente de concentración, habrá un flujo de portadores de carga de las regiones de mayor concentración a las de menor concentración. El movimiento de los portadores de carga dentro de la unión pn es la razón del flujo de corriente en el circuito.

Características V-I del diodo de unión PN

VI características del diodo de unión PN es una curva entre el voltaje y la corriente a través del circuito. El voltaje se toma a lo largo del eje x mientras que la corriente se toma a lo largo del eje y. El gráfico anterior es la curva característica VI del diodo de unión PN. Con la ayuda de la curva podemos entender que hay tres regiones en las que el diodo funciona, y son:

• Sesgo cero
• Sesgo de avance
• Sesgo inverso

Cuando el diodo de unión PN se encuentra en condición de sesgo cero, no hay voltaje externo aplicado y esto significa que la barrera de potencial en la unión no permite el flujo de corriente.

Cuando el diodo de unión PN está en condición de polarización hacia adelante, el tipo p se conecta al terminal positivo mientras que el tipo n se conecta al terminal negativo del voltaje externo. Cuando el diodo está dispuesto de esta manera, hay una reducción de la barrera de potencial.

En el caso de los diodos de silicona, cuando el voltaje es de 0,7 V y en el caso de los diodos de germanio, cuando el voltaje es de 0,3 V, las barreras de potencial disminuyen y hay un flujo de corriente.

Lee: Parámetros Y Especificaciones Del Inductor

Cuando el diodo está en sesgo de avance, la corriente aumenta lentamente y la curva obtenida es no lineal, ya que el voltaje aplicado al diodo está superando la barrera de potencial. Una vez que la barrera de potencial es superada por el diodo, éste se comporta de forma normal y la curva se eleva bruscamente a medida que el voltaje externo aumenta y la curva así obtenida es lineal.

Cuando el diodo de unión PN se encuentra en condición de polarización negativa, el tipo p se conecta al terminal negativo mientras que el tipo n se conecta al terminal positivo del voltaje externo. Esto da como resultado un aumento de la barrera de potencial. La corriente de saturación inversa fluye al principio, ya que los portadores minoritarios están presentes en la unión.

Cuando se aumenta el voltaje aplicado, las cargas minoritarias tendrán un aumento de la energía cinética que afecta a las cargas mayoritarias. Esta es la etapa en la que el diodo se rompe. Esto también puede destruir el diodo.

Aplicaciones del diodo de unión PN

• p-n puede utilizarse como fotodiodo, ya que el diodo es sensible a la luz cuando la configuración del diodo es de polarización inversa.
• puede ser usado como una célula solar.
• Cuando el diodo está orientado hacia adelante, puede ser usado en aplicaciones de iluminación LED.
• Se usa como rectificador en muchos circuitos eléctricos y como oscilador de voltaje controlado en varactores.