Union p n
- 1. En este applet se representa la evolución de la corriente en un diodo PN en razón de la polarización, dopaje y temperatura. En la unión de un semiconductor tipo P y uno tipo N (P-N) a una cierta temperatura, la diferencia de concentración de electrones y huecos entre las zonas N y P, ocasiona que los electrones libres de la zona N pasan a ocupar los huecos de la zona P y los huecos de la zona P pasan a la zona N, de manera que en la unión la zona P se carga negativamente y la zona N se carga positivamente. Bajo polarización directa el lado P (rojo) es más positivo que el lado N (azul) o el lado N más negativo que el lado P. En la zona neutra hay dos procesos activos: difusión y recombinación. Estos dos procesos conjuntamente producen una concentración para los huecos minoritarios. En polarización directa constante, el número de huecos inyectados a través de la unión es igual al número de huecos perdidos por recombinación. La concentración de electrones es mayor en la zona N, así como es menor la concentración de huecos en esta zona, respecto a la zona P. Los electrones que van llegando a la zona P generan un campo eléctrico que se opone cada vez más a que otros electrones pasen, hasta que se alcanza un estado de equilibrio en el cual no pasan más electrones.
- 2. En el esquema de bandas de colores rojo, blanco y azul, la zona de color rojo representa a los huecos, de color azul a los electrones. En un esquema de bandas se puede visualizar la difusión de los electrones (distribución de carga) y la polarización respectiva. En equilibrio térmico la unión P-N queda dividido en tres partes; en la zona media hay un campo eléctrico interno que tiene un valor máximo en la unión, denominado región de agotamiento. El nivel de color en la banda varía con la separación de energía. En la polarización externa directa, cuando el voltaje de la batería es mayor que el voltaje de contacto en la unión los electrones libres del cristal N, son empujados para saltar a los huecos del cristal P, atravesando la región de agotamiento el cual se angosta. En la polarización externa inversa, el polo negativo de la batería atrae a los huecos y el polo positivo atrae a los electrones libres, así los huecos y los electrones libres se alejan de la unión
- 3. y la zona de agotamiento se ensancha. Debido al efecto de la temperatura se forman pares electrón-hueco a ambos lados de la unión produciendo una pequeña corriente. En la siguiente imagen no existe arrastre (desactivado)
- 4. Aquí no se visualiza el paso de los electrones (puntos azules) de la zona azul. En esta ocasión no se visualiza el paso de los huecos (puntos rojos) de la zona roja. En este applet se muestra la conmutación de un diodo en un circuito. Se puede modificar los valores para los parámetros del circuito (la tensión directa, tensión inversa y resistencia de polarización), luego se presiona el botón "aceptar" de la ventana de los parámetros del circuito para que tenga efecto los cambios. Se sabe que una unión P-N está sujeto a la polarización externa conectado a una batería directa o de forma inversa según como se conecte, cuando el polo positivo de la batería se conecta con la zona P y el polo negativo con la zona N, es directo, asimismo cuando el voltaje de la batería es mayor que el voltaje de contacto en la unión, los electrones libres de N son empujados para saltar a los huecos de P. Las cuatro gráficas que varían en el tiempo representan los parámetros más importantes los cuales controlan el
- 5. comportamiento del diodo; la primera es la tensión aplicada o modificada, la segunda la corriente, la tercera la carga acumulada en las zonas neutras del diodo y la cuarta es la tensión que cae en bornas del diodo; los cuales se van desplazando en el tiempo hacia la derecha. A la derecha superior del grafico aparecen las ecuaciones que caracteriza el comportamiento del diodo en el experimento (en letra roja), también al costado hacia abajo se muestra un grafico con estas mismas funciones; así cuando se modifica los valores para los parámetros del diodo, en esta imagen aparecen los valores en las zonas N y P, la anchura de la zona de agotamiento y el estado del diodo (aquí se muestra "directa"). Debajo, en la parte inferior hay ocho botones que permiten establecer la apariencia de cada aplicación según nos convenga; los cuatro de la izquierda ocultan o muestran cada gráfica en el cuadro de animaciones, lo que permitirá centrarnos en las que necesitemos y los cuatro de la derecha varían la velocidad, dos de ellos es para acelerar o frenar y los otros dos detienen o avanzan paso a paso.