1 1 2 Union P N

1 Diodos
1.1.2 Unin P N
Se denomina unin PN a la estructura fundamental
de los componentes electrnicos comnmente
denominados semiconductores, principalmente
diodos y transistores. Est formada por la unin
metalrgica de dos cristales, generalmente de silicio
(Si), aunque tambin se fabrican de germanio (Ge),
de naturalezas P y N segn su composicin a nivel
atmico. Estos tipos de cristal se obtienen al dopar
cristales de metal puro intencionadamente con
impurezas, normalmente con algn otro metal o
compuesto qumico. Es la base del funcionamiento
de la energa solar fotovoltaica.
Los cristales de Silicio estn formados a nivel
atmico por una malla cristalina basada en enlaces
covalentes que se producen gracias a los 4
electrones de valencia del tomo de Silicio. Junto
con esto existe otro concepto que cabe mencionar:
el de hueco. Los huecos, como su nombre indica,
son el lugar que deja un electrn cuando deja la
capa de valencia y se convierte en un electrn
libre. Esto es lo que se conoce como pares electrn
- hueco y su generacin se debe a la temperatura
(como una aplicacin, al caso, de las leyes de la
termodinmica) o a la luz (efecto fotoelctrico). En
un semiconductor puro (intrnseco) se cumple que, a
temperatura constante, el nmero de huecos es
igual al de electrones libres.
Un Semiconductor tipo P se obtiene llevando a cabo
un proceso de dopado, sustituyndole algunos de
los tomos de un semiconductor intrnseco por
tomos con menos electrones de valencia que el
semiconductor anfitrin, normalmente trivalente, es
decir con 3 electrones en la capa de valencia
(normalmente boro), al semiconductor para poder
aumentar el nmero de portadores de carga libres
(en este caso positivos, huecos).
Un Semiconductor tipo N se obtiene llevando a cabo
un proceso de dopado aadiendo un cierto tipo de
elemento, normalmente pentavalente, es decir con 5
electrones en la capa de valencia, al semiconductor
para poder aumentar el nmero de portadores de
carga libres (en este caso, negativos, electrones
libres).
Barrera interna de potencial
Al unir ambos cristales, se manifiesta una difusin

de electrones del cristal n al p .
Al establecerse estas corrientes aparecen cargas
fijas en una zona a ambos lados de la unin, zona
que recibe diferentes denominaciones como barrera
interna de potencial, zona de carga espacial, de
agotamiento o empobrecimiento, de deplexin,
de vaciado, etc.
Polarizacin directa de la unin PN
En este caso, la batera disminuye la barrera de potencial de la zona de carga espacial,

permitiendo el paso de la corriente de electrones a travs de la unin; es decir, el diodo
polarizado directamente conduce la electricidad.
Se produce cuando se conecta el polo positivo de la pila a la parte P de la unin P - N y la
negativa a la N. En estas condiciones podemos observar que:
El polo negativo de la batera repele los electrones libres del cristal n, con lo que estos
electrones se dirigen hacia la unin p-n.
El polo positivo de la batera atrae a los electrones de valencia del cristal p, esto es
equivalente a decir que empuja los huecos hacia la unin p-n.
Cuando la diferencia de potencial entre los bornes de la batera es mayor que la diferencia
de potencial en la zona de carga espacial, los electrones libres del cristal n, adquieren la
energa suficiente para saltar a los huecos del cristal p, los cuales previamente se han
desplazado hacia la unin p-n.
Una vez que un electrn libre de la zona n salta a la zona p atravesando la zona de carga
espacial, cae en uno de los mltiples huecos de la zona p convirtindose en electrn de
valencia. Una vez ocurrido esto el electrn es atrado por el polo positivo de la batera y se
desplaza de tomo en tomo hasta llegar al final del cristal p, desde el cual se introduce en
el hilo conductor y llega hasta la batera.
Polarizacin inversa de la unin PN
En este caso, el polo negativo de la batera se conecta a la zona p y el polo positivo a la zona n, lo
que hace aumentar la zona de carga espacial, y la tensin en dicha zona hasta que se alcanza el
valor de la tensin de la batera, tal y como se explica a continuacin:
El polo positivo de la batera atrae a los electrones libres de la zona n, los cuales salen del cristal
n y se introducen en el conductor dentro del cual se desplazan hasta llegar a la batera. A medida
que los electrones libres abandonan la zona n, los tomos pentavalentes que antes eran neutros,
al verse desprendidos de su electrn en el orbital de conduccin, adquieren estabilidad (8
electrones en la capa de valencia, ver semiconductor y tomo) y una carga elctrica neta de +1,
con lo que se convierten en iones positivos.
El polo negativo de la batera cede electrones libres a los tomos trivalentes de la zona p.
Recordemos que estos tomos slo tienen 3 electrones de valencia, con lo que una vez que han
formado los enlaces covalentes con los tomos de silicio, tienen solamente 7 electrones de
valencia, siendo el electrn que falta el denominado hueco. El caso es que cuando los electrones
libres cedidos por la batera entran en la zona p, caen dentro de estos huecos con lo que los
tomos trivalentes adquieren estabilidad (8 electrones en su orbital de valencia) y una carga
elctrica neta de -1, convirtindose as en iones negativos.
Este proceso se repite una y otra vez hasta que la zona de carga espacial adquiere el mismo
potencial elctrico que la batera.

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