Transcript DIODO TUNEL

DIODO TUNEL
CONSTRUCCION
INTRODUCCION
Para producir una ruptura zener o una descarga de
avalancha, se debe dar energía suficiente a los
electrones de valencia para que rompan sus
uniones covalentes. El fin de esto es aumentar
los portadores de corriente y, en especial, los
minoritarios. Es fácil provocar ambos procesos
pero hay que aplicar un gran voltaje al diodo. Por
otra parte, algunos electrones de las uniones
covalentes requieren muy poco voltaje para pasar
de la banda de valencia a la de conducción, o
aún, que no se aplique ningún voltaje.
Aparentemente, un electrón cuyo nivel de energía
está en la banda de valencia no puede liberarse de la
unión covalente hasta que dicho nivel se eleva al de la
banda de conducción.
En un semiconductor, siempre hay intensa actividad
electrónica, pues los electrones de valencia libres
siguen desplazándose, llenan unos huecos y salen de
otros; así el nivel de energía de cada electrón varía
continuamente, pasando de una banda a la siguiente.
Estas variaciones en su nivel de energía se deben a
que si un electrón libre llena un hueco y se hace
electrón de valencia, libera la energía sobrante y pasa
de la banda de conducción a la de valencia.
Usualmente esta energía pasa a otro electrón que
rompe su unión si su nivel de energía pasa de la
banda de valencia a la de conducción.
El nivel de energía de muchos electrones de valencia está
en la banda prohibida; así, no se les considera
electrones libres sino electrones de valencia, pues
pueden desplazarse libremente de un hueco a otro. Por
lo común, pocos derivan al azar pero, cuando lo hacen,
liberan el exceso de energía sobre electrón de valencia
que así eleva su nivel de energía a la banda prohibida y
también puede brincar a otro hueco; sin embargo,
cuando un semiconductor p-n tiene muchas impurezas,
portadores y iones mayoritarios, hay gran movimiento de
huecos y electrones de valencia y, por ende, no es raro
que muchos electrones al llenar otros tantos huecos,
liberen su energía a pocos electrones de valencia. Así el
nivel de estos electrones se eleva tanto que pasa
directamente a la banda de conducción.
Entonces, sólo se necesita poco voltaje, o ninguno,
para que dichos electrones crucen la junción y
vayan de la sección p a la n, donde llenan los
huecos y se suman a los portadores minoritarios
existentes. Este proceso permite que un electrón
de valencia pase de la banda de valencia a la de
conducción y atraviese la barrera de potencial, sin
que se requiera energía procedente de una fuente
externa. Dicho fenómeno se llama efecto túnel,
porque estos electrones de valencia se
comportan como si se abrieran “túneles” en la
banda prohibida.
El diodo túnel está inyectado intensamente a fin de que
las secciones semiconductoras tengan muchos
portadores mayoritarios y iones. Debido a esta
abundancia de portadores la mayor parte no se
utiliza para el proceso inicial en que se produce la
región de empobrecimiento, de modo que, dicha
región es muy pequeña y los electrones pueden
cruzar la angosta junción con gran facilidad.
Debido al gran número de portadores, el movimiento de
los electrones en las secciones p y n es muy intenso
y, como resultado, muchos electrones de valencia
adquieren mayor energía, alcanzando un nivel
cercano al de la banda de conducción. Entonces,
sólo se necesita aplicar un pequeño voltaje directo
para que el diodo empiece a conducir.
Primeramente, al aumentar la polarización directa, la
corriente en el diodo se incrementa con gran rapidez.
Sin embargo, cuando ya son muchos los portadores
que forman parte de la corriente, se va reduciendo la
actividad desordenada de los electrones libres que
buscan huecos para llenar y, a consecuencia, cada
vez son menos los electrones de valencia que
tienden a elevar su energía y alcanzan la banda de
conducción. Por ello, se aminora el efecto túnel y la
mayor parte del flujo de la corriente se constituye de
portadores mayoritarios.
Por otra parte, disminuye mucho el número de los
portadores minoritarios que podrían unirse al flujo
total de la corriente, de manera que ésta comienza a
disminuir al aumentar el voltaje aplicado al diodo. Al
aumentar aún más el voltaje el efecto túnel tiene una
importancia cada vez menor, hasta que la curva
característica forme un valle, a partir del cual la
unidad p-n comienza a trabajar como un diodo
semiconductor convencional; entonces la corriente
se eleva de acuerdo con el voltaje.
El área en que opera el diodo después de que la
corriente de túnel llega a su pico, recibe el nombre
de región de resistencia negativa, porque en ella la
corriente disminuye al elevarse el voltaje. Debido el
efecto túnel, estos diodos son de respuesta muy
rápida y se pueden usar como interruptores
electrónicos, haciéndolos trabajar entre la corriente
de pico y la de valle. Además, la región de
resistencia negativa permite utilizar el diodo túnel
como oscilador.

Por su naturaleza, el diodo túnel tiene una corriente inversa
relativamente grande, pero es raro que se le use para operar en
estas condiciones.

LA RAZÓN MÁS IMPORTANTE PARA LA GRAN
ACEPTACIÓN QUE HAN TENIDO LOS DIODOS TÚNEL ES
SU GRAN RAPIDEZ. LA RAPIDEZ DEL EFECTO TUNEL
PUEDE SER TANTA COMO SE PUEDAN HACER VARIAR
LOS NIVELES DE ENERGÍA. LOS DIODOS TUNEL SE HAN
OPERADO COMO OSCILADORES A FRECUENCIAS QUE
SOBREPASAN A 105 MEGACICLOS POR SEGUNDO, Y EN
CIRCUITOS
BIESTABLES,
CON
TIEMPOS
DE
CONMUTACIÓN INFERIORES A 10-9 SEG.