CONCEPTOS BASICOS

DIODOSING. RAUL ROJAS REATEGUISon materiales que poseen un nivel de conductividad sobre algn punto entre los extremos de un aislante y un conductor. COBRE: = 10-6-cmMICA: = 1012-cm SILICIO = 50 x 103-cm GERMANIO: = 50 -cm Alto nivel de purezaExisten en grandes cantidades en la naturaleza.Cambia sus caractersticas de conductores a aislante por medio de procesos de dopado o aplicacin de luz calor. Semiconductores2Conocen slo Resistor, Inductores, Capacitoreslineales y pasivosAhora se darn a conocer otros elementos tambin muy importantes y que son los diodos y transistores .Estos dispositivos estan construidos de materiales llamados semiconductoresLos elementos semiconductores ms utilizados son el Silicio y el GermanioLos nivels de pureza que se pueden conseguir son muy altos1: por 10 000 millonesEstos son muy importantes porque con la adicin de una cantidas de impurezas por un millon de material, pasa de ser un conductor muy pobre a ser un excelente conductor. Estos elementos tienen 32 y 14 electrones respectivamente pero su ltima capa o capa de valencia tiene 4 e-, disponibles todos ellos a ser compartidos por otro tomo.

MATERIALES SEMICONDUCTORES (GERMANIO Y SILICIO)Estructura atmica: Red cristalinaElectrones de valencia: 4Semiconductores3Conocen slo Resistor, Inductores, Capacitoreslineales y pasivosAhora se darn a conocer otros elementos tambin muy importantes y que son los diodos y transistores .Estos dispositivos estan construidos de materiales llamados semiconductoresLos elementos semiconductores ms utilizados son el Silicio y el GermanioLos nivels de pureza que se pueden conseguir son muy altos1: por 10 000 millonesEstos son muy importantes porque con la adicin de una cantidas de impurezas por un millon de material, pasa de ser un conductor muy pobre a ser un excelente conductor. Estos elementos tienen 32 y 14 electrones respectivamente pero su ltima capa o capa de valencia tiene 4 e-, disponibles todos ellos a ser compartidos por otro tomo.

NIVELES DE ENERGA : Mientras ms distante se encuentre el electrn del ncleo mayor es el estado de energa, y cualquier electrn que haya dejado su tomo, tiene un estado de energa mayor que cualquier electrn en la estructura atmica.

Banda de conduccinBanda prohibidaEg > 5 eVBanda de valenciaBanda de conduccinBanda prohibidaEg = 1.1, 0.67, 1.41 eVBanda de valenciaBanda de conduccinBanda de valenciaAislanteSemiconductorConductor4

Material Intrinseco

Materiales extrinsecosTIPO nTIPO p

SiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSi5SiSiSiSiSiSiSiSi4SiSiSiSiAntimonioArsnicoFsoforoBoroGalioIndio5A estos materiales no se les encuentra en la naturaleza totalmente puros, y por la condicin mencionada anteriormente se deben refinar cuidadosamente para reducir las impurezas a un nivel extremadamente bajo. Despus de este proceso toman el nombre de Materiales instrinsecos.Sin embargo estos materiales intrinsecos no tienen las caractersticas que se necesitan, por lo tanto nuevamente son inyectadas impuerezas pero ahora atravz de un proceso perfectamente controlado. A este proceso se le denomina dopado. El resultado de este proceso es un material extrinseco, y dependiendo de las impurezas inyectadas podemos obtener materiales tipo n o tipo p.TIPO p : Son materiales creados atravz de la introduccin de impurezas de elementos pentavalentes (5 e- en la capa de valencia), a los cuales se les llama tomos donadores.TIPO n : Son materiales creados atravz de la introduccin de impurezas de elementos trivlentes (3 e- en la capa de valencia), a los cuales se les llama tomos aceptores.Enlace metlico

tomos con muchos electrones, pero en su ltima capa (capa de valencia) posee muy pocos.

Electrones muy lejos del ncleo muy poco atrados por los protones.

Facilidad de los electrones para escapar e irse a otro tomo. Aislante Conductor

En un metal conductor los electrones de valencia tienen ms energa de la que necesitan para desligarse del tomo, mientras que en los materiales aislantes ocurre lo contrario.Semiconductor

Los electrones tienen una energa de valencia muy parecida a la energa de conduccin.

As que si los electrones pueden ganar algo de energa que venga del exterior, pueden sobrepasar la energa de conduccin y marcharse del tomo. Silicio

Si uno de los electrones, por efecto de la temperatura u otras causas, abandona su lugar otro de otro lugar puede saltar al hueco i producir el movimiento en cadena de electrones.Un material semiconductor hecho slo de un solo tipo de tomo, se denomina intrnseco Semiconductor extrnseco

Se provoca un exceso de electrones o un exceso de huecos introduciendo nuevos tomos de otros elementos (dopaje).En ellos introduzco tomos de Fsforo ( P ), Arsnico ( As ) o Antimonio ( Sb ). Se introducen tomos de Boro ( B ), Galio ( Ga ) o Indio ( In ).Semiconductor Tipo N: En este caso se contamina el material con tomos de valencia 5, como son Fsforo (P), Arsnico (As) o Antimonio (Sb). Al introducirlos, fuerzo al quinto electrn de este tomo a vagar por el material semiconductor, pues no encuentra un lugar estable en el que situarse. Al conjunto de estos electrones se les llama electrones mayoritarios.

Introduccin a la fsica de estado slido: semiconductoresSemiconductor extrnseco: TIPO NImpurezas grupo V300KElectrones librestomos de impurezas ionizadosLos portadores de carga en un semiconductor tipo N son electrones libres++++++++++++++++Semiconductor Tipo P: En este caso se contamina el material semiconductor con tomos de valencia 3, como son Boro (B), Galio (Ga) o indio (In). Si se introduce este tomo en el material, queda un hueco donde debera ir un electrn. Este hueco se mueve fcilmente por la estructura como si fuese un portador de carga positiva. En este caso, los huecos son portadores mayoritarios.

Semiconductor extrnseco: TIPO P300K Huecos librestomos de impurezas ionizadosLos portadores de carga en un semiconductor tipo P son huecos. Actan como portadores de carga positiva.----------------La unin P-NLa unin P-N en equilibrio----------------++++++++++++++++Semiconductor tipo PSemiconductor tipo NLa unin P-NLa unin P-N en equilibrio------------+++++++++++Semiconductor tipo PSemiconductor tipo N----++++++-Zona de transicinAl unir un semiconductor tipo P con uno de tipo N aparece una zona de carga espacial denominada zona de transicin. Que acta como una barrera para el paso de los portadores mayoritarios de cada zona.El Arseniuro de Galio (GaAs), es semiconductor inicialmente diseado para el uso militar y aeroespacial, hoy en da est siendo utilizado en productos comerciales. Posee una movilidad de los electrones mayor que en el silicio o el germanio, y la de los huecos es similar a los del silicio.

Para aadirle impurezas tipo p se utilizan materiales como el zinc, el cadmio o el cobre. Para aadir impurezas tipo n se utilizan materiales donadores como el azufre, el selenio, el teluro, etc. Los diodos pn son uniones de dos materiales semiconductores extrnsecos tipos p y n, por lo que tambin reciben la denominacin de unin pn. Al extremo p, se le denomina nodo, representndose por la letra A, mientras que la zona n, el ctodo, se representa por la letra C (o K).DIODO

AK

En 1947 William Shockley, investigador de los Laboratorios Bell, Walter Brattain y John Barden, desarrollaron el primer dispositivo semiconductor de germanio (Ge), al que denominaron transistor y que se convertira en la base del desarrollo de la electrnica moderna.

3.- POLARIZACION DEL DIODO3.1.- POLARIZACION DIRECTA: Se produce Cuando hacemos coincidir la polaridad del diodo con la de la fuente de voltaje.

+ (FUENTE)- (FUENTE)+ (DIODO)- (DIODO)La unin P-NLa unin P-N polarizada en directa--------+++++++----++++----+++++La zona de transicin se hace ms pequea. La corriente comienza a circular a partir de un cierto umbral de tensin directa.PN+La unin P-NLa unin P-N polarizada en directa--------+++++++----++++----+++++La recombinacin electrn-hueco hace que la concentracin de electrones en la zona P disminuya al alejarse de la unin.PN+Concentracin de huecosConcentracin de electrones3.2.- POLARIZACION INVERSASe produce cuando hacemos la polaridad del diodo con la de la fuente de voltaje, se encuentra conectadas con la polaridad opuesta.

+ (DIODO)+ (FUENTE)- (DIODO)- (FUENTE)La unin P-NLa unin P-N polarizada inversamente--------+++++++----+++++----+++++La zona de transicin se hace ms grande. Con polarizacin inversa no hay circulacin de corriente.PN4.- CARACTERSTICA DEL DIODOTensin umbral, de codo o de partida (V): Tambin llamada barrera de potencial de polarizacin directa coincide en valor con la tensin de la zona de carga espacial del diodo no polarizado. Al polarizar directamente el diodo, se incrementa la corriente alrededor del 1% de la nominal. Sin embargo, cuando la tensin externa supera la tensin umbral, la barrera de potencial desaparece, de forma que para pequeos incrementos de tensin se producen grandes variaciones de la intensidad.

Corriente mxima (Imax): Es la intensidad de corriente mxima que puede conducir el diodo sin fundirse por el efecto Joule. Dado que es funcin de la cantidad de calor que puede disipar el diodo, depende sobre todo del diseo del mismo.

Corriente inversa de saturacin (Is): Es la pequea corriente que se establece al polarizar inversamente el diodo por la formacin de pares electrn-hueco debido a la temperatura, admitindose que se duplica por cada incremento de 10 en la temperatura. Corriente superficial de fugas: Es la pequea corriente que circula por la superficie del diodo (ver polarizacin inversa), esta corriente es funcin de la tensin aplicada al diodo, con lo que al aumentar la tensin, aumenta la corriente superficial de fugas.

Tensin de ruptura (Vr): Es la tensin inversa mxima que el diodo puede soportar antes de darse el efecto avalancha. Modelo matemtico: El modelo matemtico ms empleado es el de Shockley (en honor a William Bradford Shockley) que permite aproximar el comportamiento del diodo en la mayora de las aplicaciones. La ecuacin que liga la intensidad de corriente y la diferencia de potencial es:

I es la intensidad de la corriente que atraviesa el diodo y VD la diferencia de tensin entre sus extremos. IS es la corriente de saturacin q es la carga del electrn T es la temperatura absoluta de la unin k es la constante de Boltzmann n es el coeficiente de emisin, dependiente del proceso de fabricacin del diodo y que suele adoptar valores entre 1 (para el germanio) y del orden de 2 (para el silicio). El trmino VT = kT/q = T/11600 es la tensin debida a la temperatura, del orden de 26 mV a temperatura ambiente (300 K 27 C). 5.- TIPOS DE DIODOS5.1.- DIODOS LASEREl diodo lser es un dispositivo semiconductor similar a los diodos LED pero que bajo las condiciones adecuadas emite luz lser. A veces se los denomina diodos lser de inyeccin, o por sus siglas inglesas LD o ILD.Construccin del diodo Laser: Las capas de los semiconductores estn dispuestas de modo que se crea una regin activa en la unin p-n, y en la que aparecen fotones como consecuencia del proceso de recombinacin.

Una capa metlica superpuesta a las caras superior e inferior permite aplicar un voltaje externo al lser. Las caras del semiconductor cristalino estn cortadas de forma que se comportan como espejos de la cavidad ptica resonante.

Curva caracterstica: Si la condicin requerida para la accin lser de inversin de poblacin no existe, los fotones sern emitidos por emisin espontnea. Los fotones sern emitidos aleatoria mente en todas las direcciones, siendo sta la base de los LED - diodo emisor de luz.

La inversin de poblacin slo se consigue con un bombeo externo. Aumentando la intensidad de la corriente aplicada a la unin p-n, se alcanza el umbral de corriente necesario para conseguir la inversin de poblacin

Estructura: Hoy en da una estructura habitual es una tira estrecha de la capa activa (Stripe Geometry - Geometra en tiras), confinada por todos los lados (tanto por los lados como por arriba y abajo) con otro material.

Esta familia de lseres se denomina Index Guided Lasers - Lseres orientados al ndice. Se requieren monturas especiales para los lseres de diodo, debido a su tamao miniaturizado, para poder ser operativos y cmodos.

5.2.- DIODO ZENER:

Tambin llamado diodo de avalancha, es un diodo de silicio que se ha construido para que funcione en las zonas de rupturas. Se emplean para producir entre sus extremos una tensin constante e independiente de la corriente que las atraviesa segn sus especificaciones. Para conseguir esto se aprovecha la propiedad que tiene la unin PN cuando se polariza inversamente al llegar a la tensin de ruptura (tensin de Zener), pues la intensidad inversa del diodo sufre un aumento brusco.Curva caracterstica: El efecto zener se basa en la aplicacin de tensiones inversas que originan, debido a la caracterstica constitucin de los mismos, fuertes campos elctricos que causan la rotura de los enlaces entre los tomos dejando as electrones libres capaces de establecer la conduccin. Su caracterstica es tal que una vez alcanzado el valor de su tensin versa nominal y superando la corriente a su travs un determinado valor mnimo, la tensin en pines del diodo se mantiene constante e independiente de la corriente que circula por l.

Tensiones de polarizacin inversa, conocida como tensin Zener.- Es la tensin que el Zener va a mantener constante.Corriente mnima de funcionamiento.- Si la corriente a travs del zener es menor, no hay seguridad en que el Zener mantenga constante la tensin en sus pines.

Potencia mxima de disipacin.- Como la tensin es constante, lo nico que puede variar la corriente que lo atraviesa entre el margen de valores comprendidos entre el valor mnimo de funcionamiento y el correspondiente a la potencia de Zener mxima que puede disipar. Esto nos da la potencia mxima de disipacin.5.3.- Un LED (Light Emitting Diode- Diodo Emisor de Luz)

Es un dispositivo semiconductor que emite radiacin visible, infrarroja o ultravioleta cuando se hace pasar un flujo de corriente elctrica a travs de este en sentido directo. 5.3.1.- Clasificacin LED monocolor: Posee un diodo que puede ser de color rojo, naranja, amarillo, verde o azul.

LED bicolor: Estn formados por dos diodos conectados en paralelo e inverso. Se suele utilizar en la deteccin de polaridad.

LED tricolor: Formado por dos diodos LED (verde y rojo) montado con el ctodo comn. El terminal ms corto es el nodo rojo, el del centro, es el ctodo comn y el tercero es el nodo verde.

ColorTensin en directoRojo1,7vNaranja2,0vAmarillo2,5vVerde2,5vAzul4,0v5.4.- DIODO TNEL O ESAKIEn 1958, el fsico japons Esaki, 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. La corriente aumenta de modo casi proporcional a la tensin aplicada hasta alcanzar un valor mximo, denominado corriente de cresta. A partir de este punto, si se sigue aumentando la tensin aplicada, la corriente comienza a disminuir y lo siga haciendo hasta alcanzar un mnimo, llamado corriente de valle, desde el cual de nuevo aumenta. Este comportamiento fsicos se denomina efecto tnel.

5.5.- DIODO GUNNDescubierto por John B. Gunn en 1963. El efecto Gunn es un instrumento eficaz para la generacin de oscilaciones en el rango de las microondas en los materiales semiconductores.

Gunn observ esta caracterstica en el Arseniuro de Galio (GaAs) y el Fsforo de Indio (InP). El efecto Gunn de los semiconductores que no depende de la unin, contactos, voltaje, corriente, no es afectado por campos magnticos.Cuando se aplica un pequeo voltaje continuo (3.3 voltios / cm) a travs de una plaquita delgada de Arseniuro de Galio (GaAs), sta presenta caractersticas de resistencia negativa. Ahora, si esta plaquita es conectada a un circuito sintonizado (generalmente una cavidad resonante), se producirn oscilaciones y todo el conjunto se puede utilizar como oscilador.

Este efecto Gunn slo se da en materiales tipo N, las oscilaciones se dan slo cuando existe un campo elctrico.

5.6.- DIODO PINTiene una seccin central sin doparse (una capa intrnseca formando una estructura p-intrnseca-n).

Son usados como: interruptores de alta frecuencia y atenuadores, detectores de radiacin ionizante de gran volumen y como foto detectores, en la electrnica de potencia. Adems, la estructura del PIN puede encontrarse en dispositivos semiconductores de potencia, tales como IGBTs, MOSFETs de potencia y tiristores.

CDIGOS DE MARCA DE DIODOSLos sistemas de codificacin ms empleados, al igual que los diodos, son:EUROPEO (PROELECTRON)AMERICANO (JEDEC)JAPONS (JIS)

El sistema europeo queda definido por dos letras maysculas seguidas de tres nmeros utilizados componente para equipos de consumo y por tres letras y dos nmeros para aplicaciones profesionales.

dos letras, [letra], nmero de serie, [sufijo]

La primera letra del cdigo indica el tipo de material semiconductor empleado en la fabricacin (germanio, silicio,...).

CDIGOS DE MARCA EUROPEO (PROELECTRON)LetraMaterial SemiconductorAGermanioBSilicioCArsenuro de GalioRMezcla de materialesLetraMaterial SemiconductorADiodo de baja sealBDiodo VaricapEDiodo tunelYDiodo RectificadorZDiodo ZenerLa segunda indica la construccin y/o principal aplicacin. La tercera letra indica que el dispositivo est pensado para aplicaciones industriales o profesionales, ms que para uso comercial. suele ser una W, X, Y o Z.La serie del componente es un numero que est comprendido entre 100 y 9999

La letra del sufijo cdigo indica la ganancia del componente (Baja, Media, Alta y no definida).

LetraGananciaABaja BMediaCAlta No definidaEl sistema Americano queda definido por un numero seguida de letra N, la serie del componente y una letra de sufijo. numero, [letra], nmero de serie, [sufijo]

El numero se obtiene la resta en uno el numero de pines del componente .Numero = (n-1)

Cdigos de marca americano (JEDEC)La letra ser la ene (N). La serie del componente es un numero que est comprendido entre 100 y 9999La letra del sufijo cdigo indica la ganancia del componente (Baja, Media, Alta y no definida).

LetraGananciaABaja BMediaCAlta No definidaEn el sistema japons el cdigo queda definido por un numero (numero de pines del componente disminuido en 1), dos letras (indican el rea de aplicacin y tipo de dispositivo), la serie del componente y sufijo.

numero, [dos letras], nmero de serie, [sufijo]

El numero se obtiene la resta en uno el numero de pines del componente .Numero = (n-1)CDIGOS DE MARCA JAPONS (JIS)Las dos letras indican el rea de aplicacin y tipo de dispositivo. LetraAplicacin SEDiodo SRDiodo RectificadorSTDiodo de avalanchaSVDiodo VaricapSZDiodo ZenerLa serie del componente es un nmero que est comprendido entre 100 y 9999.

La letra del sufijo cdigo indica la ganancia del componente (Baja, Media, Alta y no definida).LetraGananciaABaja BMediaCAlta No definida Encapsulados AxialesDO 35

DO 41

DO 15DO 201

Encapsulados de diodos de uso con discipdores de calor

Encapsulados de diodos de potencia

B 44

DO 5 Encapsulados para mas de un diodo

2 diodos en ctodo comn

2 diodos en serie Encapsulados de diodos con varias conexiones

Encapsulados de diodos

Nombre del dispositivo Encapsulados de diodos Agrupaciones de 2 diodos. Diversos encapsulados para el mismo dispositivo

Nombre del dispositivoEncapsulados Encapsulados de diodos Agrupaciones de 4 diodos (puentes de diodos)

Dual in line Encapsulados de diodos Agrupaciones de 4 diodos (puentes de diodos)

Encapsulados de diodos Puentes de diodos. Toda la gama de Fagor