Diodos de Silicio y Germanio

El diodo semiconductor se forma mediante la unión de un material tipo P con un material tipo N (ambos de la misma base (germanio o silicio). En el momento en que se unen estos dos materiales, los electrones y los huecos en la región de la unión se combinan, dando por resultado una falta de portadores en la región cercana a la unión.

Figura 2.1

A esta región de iones positivos y negativos descubiertos se le llama región de agotamiento, debido al agotamiento de portadores en esta región.

Como el diodo es un dispositivo de dos terminales, la aplicación de una tensión a través de sus terminales permite tres posibilidades:   

Sin polarización (VD = 0 V). Polarización directa (VD > 0 V). Polarización inversa (VD < 0 V). Sin polarización adecuada. Cuando un diodo no está polarizado, su cargas solo están afectadas del movimiento de agitación térmica. Este movimiento es de dirección aleatoria, por lo que no da lugar a circulación alguna de corriente. El comportamiento eléctrico del diodo, en estas condiciones, es similar a cualquier material conductor no polarizado. En ausencia de una tensión de polarización, el flujo neto de cargas en cualquier dirección es cero.

Figura 2.2 Con polarización inversa. Un diodo está polarizado inversamente cuando tiene aplicado un potencial de forma que el positivo esté conectado con el material tipo N y el negativo al material tipo P. En estas condiciones, las cargas positivas de la región P son atraídas por el polo negativo y las cargas negativas de la región N son atraídas por el polo positivo. El resultado es que, en la zona de agotamiento, se forma una barrera de potencial de considerable anchura que las cargas no pueden atravesar. Solo se acercan a la zona de agotamiento algunas cargas negativas de la región P y alguna positivas de la región N que, al sentirse repelidas por los polos positivo y negativo respectivamente, dan lugar a una pequeña corriente de fuga.

Figura 2.3

Con polarización directa. Se da la condición de polarización directa cuando el polo positivo de la fuente de alimentación está conectado al material tipo P y el negativo está conectado al material tipo N. En estas condiciones, las cargas positivas de la región P se sienten repelidas por la tensión positiva, acercándose a la región de agotamiento. Algo similar ocurre con las cargas negativas de la región N. De esta forma, las cargas positivas y negativas están lo suficientemente cercanas que, solo por su propia fuerza de atracción, son capaces de atravesar la delgada barrera de potencial y combinarse. Mientras la fuente de alimentación continúe conectada habrá una circulación de corriente.

Región Zener. Aunque la escala de la figura 2.5 se encuentra en múltiplos de diez voltios en la región negativa, existe un punto en el cual la aplicación de un voltaje demasiado negativo dará como resultado un agudo cambio en las características como se muestra en la figura 2.6.

La intensidad aumenta a una velocidad muy rápida en una dirección opuesta a aquella de la región del voltaje positivo. El potencial de polarización inversa que da como resultado este cambio muy drástico de las características se llama potencial Zener y tiene como símbolo VZ . La región Zener del diodo descrito debe evitarse si la respuesta de un sistema no debe ser alterada completamente por el severo cambio de las características de esta región del voltaje inverso. El máximo potencial de polarización inversa que puede ser aplicado antes de entrar en la región Zener se conoce como tensión de pico inversa (PIV - Peak Inverse Voltage) o (PRV - Peak Reverse Voltage). Figura 2.6

Si una aplicación requiere un PIV mayor que el de una sola unidad, se deben conectar en serie un cierto número de diodos de la misma característica. Los diodo tambien pueden conectarse en paralelo para aumentar la capacidad de transporte de intensidad.

Efectos de la temperatura. La temperatura puede tener un marcado efecto sobre las características de un diodo de silicio: La intensidad de saturación inversa IS será casi igual al doble en magnitud por cada 10 ºC de incremento de la temperatura.

Figura 2.7 Variación de las características de los diodos en función de la temperatura El de Silicio puede trabajar a una temperatura máxima mucho más alta que el de Germanio. El de Silicio tiene una Corriente Inversa mucho más baja que el de Germanio. Nano Amperios frente a Micro Amperios. Idealmente la Corriente Inversa debe ser nula. La Capacidad del de Silicio es mucho más alta del de Germanio. Idealmente la capacidad debe ser nula. Conclusión: El diodo de Si es más robusto y más ideal en lo que a corrientes se refiere. Es mejor para función de rectificación. El diodo de Germanio al tener menos capacidad será de conmutación más rápida por tener menos capacidad y funcionará mejor en frecuencias muy altas. La estabilidad térmica del de Silicio es mejor que la del de Germanio. El Germanio apenas se utiliza en la actualidad por esta causa, y por que tienen un competidor entre los de Silicio, los llamados Diodos Schotfky .

Características del diodo de germanio y del diodo de silicio. Escrito por David Sandoval

Los diodos rectificadores son dispositivos electrónicos que se utilizan para controlar la dirección del flujo de corriente en un circuito eléctrico. Dos materiales comúnmente utilizados para los diodos son el germanio y el silicio.Mientras que ambos diodos realizan funciones similares, existen ciertas diferencias entre los dos que deben ser tomadas en consideración antes de instalar uno u otro en un circuito electrónico.

Diodos de silicio La construcción de un diodo de silicio comienza con silicio purificado. Cada lado del diodo se implanta con impurezas (boro en el lado del ánodo y arsénico o fósforo en el lado del cátodo), y la articulación donde las impurezas se unen se llama la "unión pn". Los diodos de silicio tienen un voltaje de polarización directa de 0,7 voltios. Una vez que el diferencial de voltaje entre el ánodo y el cátodo alcanza los 0,7 voltios, el diodo empezará a conducir la corriente eléctrica a través de su unión pn. Cuando el diferencial de voltaje cae a menos de 0,7 voltios, la unión pn detendrá la conducción de la corriente eléctrica, y el diodo dejará de funcionar como una vía eléctrica. Debido a que el silicio es relativamente fácil y barato de obtener y procesar, los diodos de silicio son más frecuentes que los diodos de germanio.

Diodos de germanio Los diodos de germanio se fabrican de una manera similar a los diodos de silicio. Los diodos degermanio también utilizan una unión pn y se implantan con las mismas impurezas que los diodos de silicio. Sin embargo los diodos de germanio, tienen una tensión de polarización directa de 0,3 voltios. El germanio es un material poco común que se encuentra generalmente junto con depósitos de cobre, de plomo o de plata. Debido a su rareza, el germanio es más caro, por lo que los diodos de germanio son más difíciles de encontrar (y a veces más caros) que los diodos de silicio.