Fisica General Burbano

DISPOSITIVOS CON SEMICONDUCTORES 719
portadores minoritarios son fuertemente acelerados al atravesar esa zona, adquiriendo una energía
que es suficiente para arrancar electrones de valencia de los átomos de la red y producir así pares
electrón-hueco. Si estos portadores secundarios producidos adquieren también energía suficiente,
producirán nuevos portadores, etc. Una vez iniciada la multiplicación en avalancha, cualquier pequeño
aumento de la tensión inversa provoca un gran incremento de la intensidad de corriente,
que puede llegar a fundir el semiconductor. Si esto no ocurre, al reducir el voltaje aplicado por debajo
de la tensión de ruptura el diodo vuelve a comportarse con normalidad; de hecho el efecto
de avalancha y otro similar que comentaremos en la cuestión siguiente (efecto Zener) son aprovechados
para el funcionamiento de ciertos diodos de aplicaciones especiales.
Las configuraciones típicas del circuito rectificador de media onda y de onda completa son las
de las Fig. XXIX-56 y XXIX-57, y sus resultados, los de las Fig. XXIX-22 y XXIX-24.
En la rectificación de corriente alterna, los diodos de unión presentan grandes ventajas respecto
de los de válvulas. La primera de ellas es el tamaño mucho más reducido de los primeros; otra
importante es la ausencia de un filamento que haya que calentar, además, su resistencia eléctrica
es mucho menor con lo que la energía perdida en forma de calor es menor y el rendimiento más
elevado.
Estas características han hecho que en la actualidad prácticamente todas las funciones del diodo
vacío hayan pasado a ser realizadas por diodos semiconductores.
Fig. XXIX-56.– Rectificador de media
onda alimentado con transformador.
MUESTRA PARA EXAMEN. PROHIBIDA SU REPRODUCCIÓN. COPYRIGHT EDITORIAL TÉBAR
XXII – 33. Diodos especiales
Además de los ya mencionados diodos varicap y rectificadores, existe una gran variedad de
diodos fabricados para realizar multitud de funciones distintas. De ello da idea el hecho de que la
producción global de diodos hace ya una década que superó los diez mil millones de unidades al
año. Comentamos a continuación algunos de los tipos existentes.
DIODOS METAL-SEMICONDUCTOR: la capacidad de la unión PN limita su funcionamiento como
rectificador al caso de frecuencias bajas. Para frecuencias elevadas se usa el rectificador de punta
de contacto, que en los primitivos receptores de radiodifusión consistía en una punta metálica o
barba de gato en contacto con un trozo de galena, pirita de hierro u otras determinadas sustancias,
que hoy se han sustituido por germanio o silicio.
En el rectificador de germanio el elemento activo es este elemento, al que se han añadido impurezas
donadoras, con lo que funciona como semiconductor de tipo N, es decir, conduciendo la
corriente eléctrica por electrones. Con el germanio impurificado, se hacen plaquitas de pequeña
superficie y espesor que realizan el contacto con la barba de gato que está constituida por un fino
alambre de wolframio o de oro terminado en punta (Fig. XXIX-58).
El «trabajo de extracción» de los electrones en la superficie del germanio es menor que el correspondiente
al wolframio, pasando electrones del primero al segundo, quedando en la superficie
del germanio un déficit de electrones y originándose así una unión PN con una zona de transición
de un espesor del orden de la milésima a cien milésima de mm. Si se comunica potencial positivo
a la barba de gato (funcionamiento directo) se elimina esta zona, la corriente pasa y el rectificador
ofrece muy poca resistencia; si, por el contrario, la barba de gato es negativa (funcionamiento inverso)
la zona de transición aumenta de espesor, ofreciendo el rectificador una gran resistencia al
paso de la corriente.
En los rectificadores de área grande o metálica (DIODOS SCHOTTKY) el contacto entre metal y semiconductor
no es un punto sino una superficie. Están constituidos en esencia por una unión metal-silicio
tipo N; su punta de contacto en vez de estar conectada al silicio, lo está a una superficie
metálica depositada sobre una fina capa de óxido obtenida durante el proceso de dopado. Son
diodos de mejor rendimiento que los anteriores, incluso para las frecuencias más elevadas.
Hay que hacer notar que es posible tener uniones metal-semiconductor que sean óhmicas, es
decir, que no rectifiquen la corriente alterna. De este tipo son las que se establecen entre las zonas
P y N del diodo y los terminales metálicos que las conectan al circuito exterior.
FOTODIODOS Y DIODOS LED: cuando incide luz sobre una unión PN que actúa al descubierto, la
energía de los fotones puede promocionar electrones de la banda de valencia a la de conducción
originando pares electrón-hueco. La contribución de estos portadores a la intensidad de corriente
sólo es importante si el diodo está en polarización inversa, y los diodos que aprovechan este efecto
se denominan fotodiodos (Fig. XXIX-59). Estos dispositivos transforman por tanto energía luminosa
en eléctrica.
El proceso inverso se verifica cuando en la unión se recombinan electrones y huecos, con el
diodo polarizado directamente. La energía liberada por un electrón que pasa de la banda de conducción
a la de valencia se emite en forma de calor, de radiaciones infrarrojas o de luz visible (Fig.
XXIX-60). Para la obtención de radiación luminosa se emplean diodos de arseniuro de galio, con
fósforo u otras sustancias en función del color deseado en la emisión. A estos diodos se les denomina
LED (light emitting diode).
DIODOS ZENER. Hemos visto que en los diodos de unión se puede llegar a un valor de la tensión
inversa en que la intensidad aumenta bruscamente debido al efecto de multiplicación en avalancha.
Se puede obtener la misma relación entre la tensión inversa y la intensidad, de forma más
Fig. XXIX-57.– Rectificador de onda
completa alimentado con transformador.
Fig. XXIX-58.– Rectificador de punta
de contacto.
Fig. XXIX-59.– En un fotodiodo la
iluminación produce en aumento de
la corriente inversa.