Empieza la Difusión y la Recombinación
Para poder comprender como funcionan los dispositivos semiconductores, es necesario conocer el modo en que los niveles de energía controlan la acción de una unión pn.
Ahora se verá como se forma la barrera de potencial de 0.7 V en el diodo. Veremos 5 puntos:
Zona p y n antes de unirse:
Instante inicial en que se juntan. Instante cero, todavía no ha habido difusión:
¿ Porqué están más altas una bandas en p que en n ?
Las órbitas de la zona p son más pequeñas y por lo tanto los radios también son más pequeños. Como se ha dicho anteriormente, hablar de radios es equivalente a hablar de energías, entonces las energías también son más pequeñas.
Esto es porque +5 atrae más fuertemente que +3. A mayor carga atrae con más fuerza, disminuye así el radio, con lo que la energía es menor.
Empieza la Difusión y la Recombinación
Los electrones pasan de derecha a izquierda y se recombinan con los huecos.
Cruzan y se recombinan los que están al lado de la unión. Se empieza a crear una diferencia de potencial entre una parte y otra, esta diferencia de potencial aumenta hasta que se establezca el equilibrio (Si a 0.7 V, Ge a 0.3 V).
En las Bandas de Energía ocurre lo siguiente: Un electrón va de n a p y luego en p baja de BC a BV.
Al recombinarse, la energía que hay desde el nivel que tenía al que está el hueco al que ha saltado la tiene que saltar y la suelta en forma de calor (un diodo se suele calentar) o también en forma de radiación que puede ser visible (Led) o no.
Esto continúa hasta que se llega a 0.7 V y se llega al equilibrio.
Y se ha creado una diferencia de potencial o anchura de banda (W).
Hasta ahora resumiendo lo que ha ocurrido es:
Además de eso las bandas de energía se han desplazado (hasta llegar al equilibrio).
Al llegar a 0.7 V las bandas se han desplazado. Han subido hasta que el nivel inferior de p este al mismo nivel que el nivel superior de n.
Y se mantendrán en esa posición a no ser que se rompa el equilibrio. En este equilibrio no puede difundirse ningún electrón, no hay difusión ni recombinación si no se rompe el equilibrio.
Veamos porque se han desplazado:
Los átomos de valencia +3 tienen en la última órbita 7 electrones y 1 hueco. Las órbitas se ensanchan por el hueco y esto hace que aumenten los radios de la BV y BC. Aumenta radio lo que implica que aumenta la energía, hasta llegar a la situación antes explicada.
Con los átomos +5 ocurre lo contrario, disminuye el radio con lo que disminuye la energía.
Lo que ha ocurrido es que ya no hay radios coincidentes entre los átomos de valencia +3 y los de valencia +5, por eso se crea el equilibrio.
Ahora romperemos el equilibrio poniendo una pila.
La pila es una "Energía Externa" que hace subir los niveles de la zona n. Esta pila en directa elevará el nivel de energía de la zona n.
Suben las bandas de energía de la zona n y coinciden algunas con la de la zona p, y ya puede haber difusión y recombinación.
Entonces pasan los electrones, se recombinan, etc...Ahora la pila les obliga.
El electrón cruza la W y va pegando saltos de hueco en hueco formando una malla cerrada.
Algunos electrones puede que antes de cruzar bajen y se recombinen con el hueco, pero hay muchos más que se comportan de la otra manera.
Otra forma de romper el equilibrio es con la Polarización Inversa, que se da poniendo la pila al revés que en el caso anterior.
Al poner la pila de esa forma aumenta el W porque la pila atrae a los huecos y los electrones.
Y se ensancha la W hasta igualarse la barrera de potencial al valor de la pila externa. En este ejemplo se llegará al nuevo equilibrio al llegar esa barrera de potencial al valor de 5 V.
Las bandas de energía de la zona n bajan respecto a la zona p, y no hay corriente.