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Diodo Tunel

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Diodo tnel

Diodo tnel

Ing. O

Introduccin

MaterialesSemiconductores

Los semiconductores forman un grupo de materiales que presenta un comportamiento intermedio entre los conductores y aislantes; Los tres semiconductores ms frecuentemente utilizados en la construccin de dispositivos electrnicos son Ge, Si y GaAs.

14 2,8,4 32 2,8,18,4 GermanioSilicio

Los semiconductores son una clase especial de elementos cuya conductividad se encuentra entre la de un buen conductor y la de un aislante.

SemiconductorIntrnseco

El trmino intrnseco se aplica a cualquier material semiconductor que haya sido cuidadosamente refinado para reducir el nmero de impurezas a un nivel muy bajo; en esencia, lo ms puro posible que se pueda fabricar utilizando tecnologa actual.

SemiconductorExtrnseco

Un material semiconductor que ha sido sometido al proceso de dopado se conoce como material extrnseco.Hay dos materiales extrnsecos de inmensurable importancia en la fabricacin de dispositivos semiconductores:Material tipo PMaterial tipo NLas caractersticas de un material semiconductor se pueden modificar de manera significativa con la adicin de tomos de impureza especficos al material semiconductor relativamente puro. Estas impurezas, aunque slo se agregan en 1 parte en 10 millones, pueden alterar la estructura de las bandas lo suficiente para cambiar del todo las propiedades elctricas del material.&

En la produccin de semiconductores, se denomina dopaje al proceso intencional de agregar impurezas en un semiconductor extremadamente puro (tambin referido como intrnseco) con el fin de cambiar sus propiedades elctricas. Las impurezas utilizadas dependen del tipo de semiconductores a dopar.Un semiconductor con dopajes ligeros y moderados se les conoce como extrnsecos.Un semiconductor altamente dopado que acta mas como un conductor que como un semiconductor es llamado degenerado.

Material tipo P

El material tipo p se forma dopando un cristal de germanio o silicio puro con tomos de impureza que tienen tres electrones de valencia. Los elementos ms utilizados para este propsito son boro, galio e indio.

Las impurezas difundidas con tres electrones de valencia se llaman tomos aceptores.

El vaco resultante se llama hueco y se denota con un pequeo crculo o un signo ms.

Material tipo N

Un material tipo n se crea introduciendo elementos de impureza que contienen cinco electrones de valencia (pentavalentes), como el antimonio, el arsnico y el fsforo.Observar que los cuatros enlaces covalentes permanecen. Existe, sin embargo, un quinto electrn adicional debido al tomo de impureza, el cual no est asociado con cualquier enlace covalente particular.

Las impurezas difundidas con tres electrones de valencia se llaman tomos aceptores.

A temperatura ambiente en un material de Si intrnseco hay alrededor de un electrn libre por cada 1012 tomos. Si el nivel de dopado es de 1 en 10 millones (107), la razn 1012/107 = 105 indica que la concentracin de portadores se ha incrementado en una razn de 100,000:1 debido a las impurezas.

Portadores mayoritarios y minoritarios

En un material tipo n el electrn se llama portador mayoritario y el hueco portador minoritario.En un material tipo p, el hueco es el portador mayoritario y el electrn el minoritario.

Unin P-N

Polarizado directamente

Polarizadoinversamente

Diodo tnel

El diodo tnel fue inventado por el Dr. Leo Esaki en 1957, cuando el estaba en Tokyo Tsushin Kogyo (Sony), mientras l estaba investigando la emisin por efecto de campo interno en una unin de germanio p-n degenerada.

En 1973 recibi el premio nobel de fisica por haber descubierto el efecto tnel, efecto usado en los diodos tnel.

Descubri que los diodos semiconductores obtenidos con un grado de contaminacin del material bsico mucho ms elevado que lo habitual exhiben una caracterstica tensin-corriente muy particular, esa particularidad el la llamo Efecto tnel.

https://www.sony.net/SonyInfo/CorporateInfo/History/SonyHistory/1-09.html#block3La historia de como fue que el Dr. Leo Esaki llego a tal descubrimiento, esta en la pagina que les brindo aqui abajo, es la pagina oficial de Sony, y cuenta la historia de la compaa, en la cual, menciona que mientras la compaa buscaba solucionar su problema con su nuevo transistor (2T7) fue como surgi todo este gran suceso.

Fabricacin

El diodo tnel se fabrica dopando los materiales semiconductores que formaran la unin p-n a un nivel de 100 a varios miles de veces el de un diodo semiconductor tpico. Esto reduce en gran medida la regin de empobrecimiento, a una magnitud de 10-6 cm, o por lo general a aproximadamente (1/100) del ancho de esta regin en el caso de un diodo semiconductor.

Despus del trabajo de Esaki, varios investigadores demostraron que el efecto tnel tambin funcionaba en otros materiales. Holonyak y Lesk demostraron con un dispositivo de arseniuro de galio en 1960, y otros demostraron que tambin se lograba el efecto con indio y estao, y luego en 1962 el efecto se demostr en materiales que incluyen arseniuro de indio, fosfuro de indio y tambin silicio.

Efecto tnel

Bandas de energa en semiconductores

EcEiEvEFPEEcEiEvEFNEEcEiEvEFPEEcEiEvEEFNTipo pBajo dopajeTipo nBajo dopajeTipo pAlto dopajeTipo nAlto dopaje

EcEiEvEFPEEcEiEvEFNEEcEiEvEFPEEcEiEvEEFNTipo pMuy alto dopajeTipo nMuy alto dopajeTipo pDegeneradoTipo nDegenerado

Diodo tnel polarizado directamente

EcEiEvEFPEcEiEvEFNEcEiEvEFPEcEiEvEFNBandas de energa de un diodo tnel en equilibrioNPEWEBandas de energa de un diodo tnel cuando se le aplica un pequeo voltajeVIVINPqVbi

EcEiEvEFPEcEiEvEFNEBandas de energa de un diodo tnel cuando se le contina aplicando un pequeo voltajeEcEiEvEcEiEvEFNEAl llegar a cierto voltaje, el tnelllega a su mximoNPNPVIVIVI

EcEiEvEcEiEvEFNEBandas de energa de un diodo tnel cuando se le aplica un pequeo voltajeEcEiEvEcEiEvEFNEBandas de energa de un diodo tnel cuando se le aplica un pequeo voltajeEFPEFPNPNPVIVI

EcEiEvEcEiEvEFNESe observa que el diagrama de bandas del diodo tnel, ahora tiene una grafica similar a la de un diodo semiconductor normalEFPEcEiEvEcEiEvEFNEBandas de energa de un diodo tnel cuando se lecontinua aplicando voltajeEFPNPNPVIVIWWqVbiqVbi

Aplicaciones

Los diodos tnel son resistentes a los efectos de campos magnticos, altas temperaturas y radioactividad. Pueden ser usados en equipos modernos (NMR Machines).

Debido a la baja demanda de potencia, se utilizan en los receptores de FM.

Son usados en los equipos de comunicacin por satlite.

Se utiliza como un interruptor de alta velocidad debido al efecto tnel.

Se puede utilizar un diodo tnel para generar un voltaje senoidal con slo una fuente de cd y algunos elementos pasivos.

Aunque el uso de los diodos tnel en sistemas de alta frecuencia actuales se ha detenido dramticamente debido a la disponibilidad de tcnicas de fabricacin de dispositivos alternativos, su sencillez, linealidad, bajo consumo de potencia y confiabilidad, aseguran su continuidad de uso y aplicacin.

Bibliografa