DIODO TUNEL

CONSTRUCCION

INTRODUCCIONPara producir una Para producir una ruptura zenerruptura zener o una o una descarga de descarga de

avalanchaavalancha, se debe dar energía suficiente a los , se debe dar energía suficiente a los electrones de valencia para que rompan sus electrones de valencia para que rompan sus uniones covalentes. El fin de esto es aumentar uniones covalentes. El fin de esto es aumentar los portadores de corriente y, en especial, los los portadores de corriente y, en especial, los minoritarios. Es fácil provocar ambos procesos minoritarios. Es fácil provocar ambos procesos pero hay que aplicar un gran voltaje al diodo. Por pero hay que aplicar un gran voltaje al diodo. Por otra parte, algunos electrones de las uniones otra parte, algunos electrones de las uniones covalentes requieren muy poco voltaje para pasar covalentes requieren muy poco voltaje para pasar de la banda de valencia a la de conducción, o de la banda de valencia a la de conducción, o aún, que no se aplique ningún voltaje.aún, que no se aplique ningún voltaje.

Aparentemente, un electrón cuyo nivel de energía está en la banda de valencia no puede liberarse de la unión covalente hasta que dicho nivel se eleva al de la banda de conducción.

En un semiconductor, siempre hay intensa actividad En un semiconductor, siempre hay intensa actividad electrónica, pues los electrones de valencia libres electrónica, pues los electrones de valencia libres siguen desplazándose, llenan unos huecos y salen de siguen desplazándose, llenan unos huecos y salen de otros; así el nivel de energía de cada electrón varía otros; así el nivel de energía de cada electrón varía continuamente, pasando de una banda a la siguiente. continuamente, pasando de una banda a la siguiente. Estas variaciones en su nivel de energía se deben a Estas variaciones en su nivel de energía se deben a que si un electrón libre llena un hueco y se hace que si un electrón libre llena un hueco y se hace electrón de valencia, libera la energía sobrante y pasa electrón de valencia, libera la energía sobrante y pasa de la banda de conducción a la de valencia. de la banda de conducción a la de valencia. Usualmente esta energía pasa a otro electrón que Usualmente esta energía pasa a otro electrón que rompe su unión si su nivel de energía pasa de la rompe su unión si su nivel de energía pasa de la banda de valencia a la de conducción.banda de valencia a la de conducción.

  

El nivel de energía de muchos electrones de valencia está en la banda prohibida; así, no se les considera electrones libres sino electrones de valencia, pues pueden desplazarse libremente de un hueco a otro. Por lo común, pocos derivan al azar pero, cuando lo hacen, liberan el exceso de energía sobre electrón de valencia que así eleva su nivel de energía a la banda prohibida y también puede brincar a otro hueco; sin embargo, cuando un semiconductor p-n tiene muchas impurezas, portadores y iones mayoritarios, hay gran movimiento de huecos y electrones de valencia y, por ende, no es raro que muchos electrones al llenar otros tantos huecos, liberen su energía a pocos electrones de valencia. Así el nivel de estos electrones se eleva tanto que pasa directamente a la banda de conducción.

Entonces, sólo se necesita poco voltaje, o ninguno, para que dichos electrones crucen la junción y vayan de la sección p a la n, donde llenan los huecos y se suman a los portadores minoritarios existentes. Este proceso permite que un electrón de valencia pase de la banda de valencia a la de conducción y atraviese la barrera de potencial, sin que se requiera energía procedente de una fuente externa. Dicho fenómeno se llama efecto túnel, porque estos electrones de valencia se comportan como si se abrieran “túneles” en la banda prohibida.

El diodo túnel está inyectado intensamente a fin de que El diodo túnel está inyectado intensamente a fin de que las secciones semiconductoras tengan muchos las secciones semiconductoras tengan muchos portadores mayoritarios y iones. Debido a esta portadores mayoritarios y iones. Debido a esta abundancia de portadores la mayor parte no se abundancia de portadores la mayor parte no se utiliza para el proceso inicial en que se produce la utiliza para el proceso inicial en que se produce la región de empobrecimiento, de modo que, dicha región de empobrecimiento, de modo que, dicha región es muy pequeña y los electrones pueden región es muy pequeña y los electrones pueden cruzar la angosta junción con gran facilidad.cruzar la angosta junción con gran facilidad.

Debido al gran número de portadores, el movimiento de Debido al gran número de portadores, el movimiento de los electrones en las secciones los electrones en las secciones pp y y nn es muy intenso es muy intenso y, como resultado, muchos electrones de valencia y, como resultado, muchos electrones de valencia adquieren mayor energía, alcanzando un nivel adquieren mayor energía, alcanzando un nivel cercano al de la banda de conducción. Entonces, cercano al de la banda de conducción. Entonces, sólo se necesita aplicar un pequeño voltaje directo sólo se necesita aplicar un pequeño voltaje directo para que el diodo empiece a conducir. para que el diodo empiece a conducir. Primeramente, al Primeramente, al aumentaraumentar la polarización directa, la la polarización directa, la corriente en el diodo se incrementa con gran rapidez. corriente en el diodo se incrementa con gran rapidez.

Sin embargo, cuando ya son muchos los portadores Sin embargo, cuando ya son muchos los portadores que forman parte de la corriente, se va reduciendo la que forman parte de la corriente, se va reduciendo la actividad desordenada de los electrones libres que actividad desordenada de los electrones libres que buscan huecos para llenar y, a consecuencia, cada buscan huecos para llenar y, a consecuencia, cada vez son menos los electrones de valencia que vez son menos los electrones de valencia que tienden a elevar su energía y alcanzan la banda de tienden a elevar su energía y alcanzan la banda de conducción. Por ello, se aminora el efecto túnel y la conducción. Por ello, se aminora el efecto túnel y la mayor parte del flujo de la corriente se constituye de mayor parte del flujo de la corriente se constituye de portadores mayoritarios.portadores mayoritarios.

Por otra parte, disminuye mucho el número de los Por otra parte, disminuye mucho el número de los portadores minoritarios que podrían unirse al flujo portadores minoritarios que podrían unirse al flujo total de la corriente, de manera que ésta comienza a total de la corriente, de manera que ésta comienza a disminuir al aumentar el voltaje aplicado al diodo. Al disminuir al aumentar el voltaje aplicado al diodo. Al aumentar aún más el voltaje el efecto túnel tiene una aumentar aún más el voltaje el efecto túnel tiene una importancia cada vez menor, hasta que la curva importancia cada vez menor, hasta que la curva característica forme un valle, a partir del cual la característica forme un valle, a partir del cual la unidad unidad p-n p-n comienza a trabajar como un diodo comienza a trabajar como un diodo semiconductor convencional; entonces la corriente semiconductor convencional; entonces la corriente se eleva de acuerdo con el voltaje.se eleva de acuerdo con el voltaje.

El área en que opera el diodo después de que la El área en que opera el diodo después de que la corriente de túnelcorriente de túnel llega a su pico, recibe el nombre llega a su pico, recibe el nombre de región de de región de resistencia negativaresistencia negativa, porque en ella la , porque en ella la corriente disminuye al elevarse el voltaje. Debido el corriente disminuye al elevarse el voltaje. Debido el efecto túnelefecto túnel, estos , estos diodosdiodos son de son de respuesta muy respuesta muy rápidarápida y se pueden usar como y se pueden usar como interruptores interruptores electrónicoselectrónicos, haciéndolos trabajar entre la corriente , haciéndolos trabajar entre la corriente de pico y la de valle. Además, la región de de pico y la de valle. Además, la región de resistencia negativa permite utilizar el diodo túnel resistencia negativa permite utilizar el diodo túnel como como oscilador. oscilador.

Por su naturaleza, el diodo túnel tiene una corriente inversa Por su naturaleza, el diodo túnel tiene una corriente inversa relativamente grande, pero es raro que se le use para operar en relativamente grande, pero es raro que se le use para operar en estas condiciones.estas condiciones.

LA RAZÓN MÁS IMPORTANTE PARA LA GRAN LA RAZÓN MÁS IMPORTANTE PARA LA GRAN ACEPTACIÓN QUE HAN TENIDO LOS DIODOS TÚNEL ES ACEPTACIÓN QUE HAN TENIDO LOS DIODOS TÚNEL ES SU GRAN RAPIDEZ. LA RAPIDEZ DEL EFECTO TUNEL SU GRAN RAPIDEZ. LA RAPIDEZ DEL EFECTO TUNEL PUEDE SER TANTA COMO SE PUEDAN HACER VARIAR PUEDE SER TANTA COMO SE PUEDAN HACER VARIAR LOS NIVELES DE ENERGÍA. LOS DIODOS TUNEL SE HAN LOS NIVELES DE ENERGÍA. LOS DIODOS TUNEL SE HAN OPERADO COMO OSCILADORES A FRECUENCIAS QUE OPERADO COMO OSCILADORES A FRECUENCIAS QUE SOBREPASAN A 10SOBREPASAN A 1055 MEGACICLOS POR SEGUNDO, Y EN MEGACICLOS POR SEGUNDO, Y EN CIRCUITOS BIESTABLES, CON TIEMPOS DE CIRCUITOS BIESTABLES, CON TIEMPOS DE CONMUTACIÓN INFERIORES A 10CONMUTACIÓN INFERIORES A 10-9-9 SEG. SEG.