QUÉ ES UN DIODO

Texto e ilustraciones José Antonio E. García Álvarez




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Contenido:

 

Primeros tipos de diodos
Diodos de silicio de estado sólido
> Estructura del diodo semiconductor de 
   silicio (I)

Estructura del diodo semiconductor de 
   silicio (II)
Aplicaciones de los diodos 
   semiconductores comunes
Diodos para diferentes aplicaciones
Diodos para aplicaciones especiales


 

ESTRUCTURA DEL DIODO SEMICONDUCTOR DE SILICIO (I)

Diodos de unión p-n

Un diodo de estado sólido se forma cuando se unen dos piezas de cristal semiconductor compuestas por átomos de silicio (Si) puro, pero procesadas cada una de forma diferente. Durante el proceso de fabricación del diodo ambas piezas se someten por separado a un proceso denominado “dopado” consistente en añadirle a cada una “impurezas” diferentes, procedentes de átomos de elementos semiconductores también diferentes. Al final del proceso se obtiene una pieza de cristal de silicio positiva (P) con faltante de electrones en su estructura atómica (lo que produce la aparición de  “huecos”) y otra pieza negativa (N) con exceso de electrones.


Concepto de “hueco” en el cristal de silicio


Cristal de silicio (Si) puro dopado con otro elemento. semiconductor diferente como el galio (Ga), por ejemplo,. que se le añade como impureza. Observe el “hueco” que. queda en la órbita externa del galio cuando comparte sus. siete electrones con los del silicio. Como se puede. observar,. todos los átomos de silicio comparten entre sí. sus. cuatro electrones para completar así, formando. enlaces. covalentes, los ocho que requieren todos los. átomos en. su última órbita. Como se puede apreciar también, el galio sólo puede aportar siete electrones cuando. se une a la. estructura molecular del silicio; por ese. motivo. aparece un. espacio vacío o “hueco” a falta del. octavo electrón. Ese. electrón “faltante” lo aportará. posteriormente la fuente de. suministro de energía. eléctrica,. como puede ser una batería, a la que se conecte. finalmente. el. cristal. semiconductor.



Durante el proceso de dopado, a una de las piezas de silicio que formará después el diodo se le añaden algunas moléculas de otro elemento semiconductor diferente al silicio, denominadas “impurezas”. Esas moléculas, que en nuestro ejemplo serán de galio (Ga), convertirán al cristal de silicio en un semiconductor “tipo-p”, con polaridad positiva (P). Como resultado del proceso de dopado, en la última órbita de los átomos de galio se formarán “huecos” en aquellos sitios que debían estar ocupados por los electrones que faltan para completar ocho.

La segunda pieza de cristal de silicio puro se somete también al proceso de dopado, pero esta vez añadiendo impurezas pertenecientes a átomos de otro elemento semiconductor diferente, como antimonio (Sb), por ejemplo. De esa forma se convierte en cristal de silicio “tipo-n”, o sea, con polaridad negativa (N), caracterizada por contener exceso de electrones en la última órbita de los átomos de antimonio que se han añadido como impurezas.

 

 

Cristal de silicio (Si) dopado con antimonio (Sb). Observe que en la última órbita del antimonio aparecen nueve electrones en lugar de ocho, o sea, uno en exceso. Por. tanto, en este caso se sobrepasa el número total de que se requieren para completar dicha órbita. Ese electrón sobrante podrá moverse después libremente dentro de la estructura atómica del cristal de silicio para conducir la corriente eléctrica cuando se conecte una batería u otra fuente suministradora de energía electromotriz.


En resumen, una vez finalizado el proceso de dopado se habrán obtenido dos piezas semiconductoras de cristal de silicio diferentes entre sí: una positiva, “tipo-p” (P) con exceso de “huecos” y, por tanto, con faltante de electrones, y otra negativa “tipo-n” (N) con exceso de estos.


Formación de los diodos semiconductores comunes de silicio


El siguiente paso para construir el diodo es unir la pieza de conducción positiva “tipo-p” o “P” con la pieza de conducción negativa “tipo-n” o “N”. De esa forma se obtiene un diodo semiconductor de silicio de unión o juntura p-n, en el que la parte positiva “P” constituye el “ánodo” (A) y la parte negativa “N” el “cátodo” (K). Para facilitar la conexión al circuito electrónico donde funcionará posteriormente el diodo así formado, se le añade a cada uno de sus extremos un terminal de alambre conductor para permitir que la corriente eléctrica pueda atravesarlo.

 

Figura esquemática de un diodo de unión o juntura p-n. La. parte izquierda "P" es la positiva y corresponde al ánodo. (A),. mientras que la derecha "N" es la negativa y. corresponde al. cátodo (K) . Abajo se muestra el símbolo. general  que identifica al diodo.


Aunque en teoría los diodos de silicio de unión p-n se fabrican uniendo dos piezas de silicio de polaridad diferente como se ha expuesto más arriba, en realidad industrialmente se fabrican de una sola pieza al mismo tiempo desde el principio hasta el final del proceso de dopado. Durante ese proceso de producción se forman simultáneamente dos regiones adyacentes, pero de signo contrario: una positiva “P” y otra negativa “N”, evitando así tener que unirlas posteriormente.

Los elementos que contiene un diodo de silicio se protegen de factores externos que lo puedan deteriorar o afectar en su funcionamiento posterior, introduciéndolos en unos casos dentro de una cápsula de plástico y en otros casos dentro de un tubito de cristal. Además, los elementos de los diodos concebidos para soportar mayores cargas de corriente se protegen dentro de cápsulas metálicas.


Encapsulado de los diodos semiconductores de silicio



En la foto de la izquierda se pueden apreciar diferentes diodos de silicio de varios tamaños y tipos con sus respectivos encapsulados. Algunos se encapsulan en plástico (como los de color negro), mientras otros se encapsulan en cristal (como el de color naranja). Los identificados como D1, D2 y D7, por ejemplo, son. diodos normales o convencionales, mientras DZ1 es un diodo Zener. Por su parte D6 es un diodo de punta de contacto. En la foto de la derecha, por el contrario, se muestran tres diodos de potencia con encapsulado metálico. Compare el tamaño de esos diodos, concebidos para soportar cargas de corriente y voltajes de trabajo altos, con los de la foto de la izquierda, que funcionan con voltajes y amperajes más bajos.



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        Última actualización: abril de 2012