Diodo Tunel - Fisica de semiconductores

1. Diodo túnel
Ing. O

2. Introducción

3. Materiales
Semiconductores

4. Los semiconductores forman un grupo de materiales que
presenta un comportamiento intermedio entre los conductores y
aislantes; Los tres semiconductores más frecuentemente
utilizados en la construcción de dispositivos electrónicos son Ge,
Si y GaAs.
14º 2,8,4 32º 2,8,18,4
GermanioSilicio

5. Los semiconductores son una clase especial de elementos cuya
conductividad se encuentra entre la de un buen conductor y la de un
aislante.

6. Semiconductor
Intrínseco

7. El término intrínseco se aplica a cualquier material semiconductor que haya sido
cuidadosamente refinado para reducir el número de impurezas a un nivel muy bajo;
en esencia, lo más puro posible que se pueda fabricar utilizando tecnología actual.

9. Semiconductor
Extrínseco

10. Un material semiconductor que ha sido sometido al proceso de dopado se conoce
como material extrínseco.
Hay dos materiales extrínsecos de inmensurable importancia en la fabricación de
dispositivos semiconductores:
Material tipo P Material tipo N
Las características de un material semiconductor se pueden modificar de manera
significativa con la adición de átomos de impureza específicos al material
semiconductor relativamente puro. Estas impurezas, aunque sólo se agregan en 1 parte
en 10 millones, pueden alterar la estructura de las bandas lo suficiente para cambiar
del todo las propiedades eléctricas del material.
&

11. En la producción de semiconductores, se denomina dopaje al proceso intencional
de agregar impurezas en un semiconductor extremadamente puro (también
referido como intrínseco) con el fin de cambiar sus propiedades eléctricas. Las
impurezas utilizadas dependen del tipo de semiconductores a dopar.
Un semiconductor con dopajes
ligeros y moderados se les
conoce como extrínsecos.
Un semiconductor altamente dopado
que actúa mas como un conductor
que como un semiconductor es
llamado degenerado.

12. Material tipo P

13. El material tipo p se forma dopando un cristal de germanio o silicio puro con átomos de
impureza que tienen tres electrones de valencia. Los elementos más utilizados para este
propósito son boro, galio e indio.
Las impurezas difundidas
con tres electrones de
valencia se llaman átomos
aceptores.
El vacío resultante se llama hueco y se denota con un pequeño círculo o un signo
más.

14. Material tipo N

15. Un material tipo n se crea introduciendo elementos de impureza que contienen cinco
electrones de valencia (pentavalentes), como el antimonio, el arsénico y el fósforo.
Observar que los cuatros enlaces covalentes permanecen. Existe, sin embargo, un
quinto electrón adicional debido al átomo de impureza, el cual no está asociado
con cualquier enlace covalente particular.
Las impurezas difundidas
con tres electrones de
valencia se llaman átomos
aceptores.

16. A temperatura ambiente en un material de Si intrínseco hay alrededor de un
electrón libre por cada 1012 átomos. Si el nivel de dopado es de 1 en 10
millones (107), la razón 1012/107 = 105 indica que la concentración de
portadores se ha incrementado en una razón de 100,000:1 debido a las
impurezas.

17. Portadores
mayoritarios y
minoritarios

18. En un material tipo n el electrón
se llama portador mayoritario y
el hueco portador minoritario.
En un material tipo p, el
hueco es el portador
mayoritario y el electrón el
minoritario.

19. Unión P-N

21. Polarizado
directamente

23. Polarizado
inversamente

25. Diodo túnel

26. El diodo túnel fue inventado por el
Dr. Leo Esaki en 1957, cuando el
estaba en Tokyo Tsushin Kogyo
(Sony), mientras él estaba
investigando la emisión por efecto de
campo interno en una unión de
germanio p-n degenerada.
En 1973 recibió el premio nobel de
fisica por haber descubierto el efecto
túnel, efecto usado en los diodos
túnel.

27. Descubrió que los diodos
semiconductores obtenidos con un
grado de contaminación del material
básico mucho más elevado que lo
habitual exhiben una característica
tensión-corriente muy particular, esa
particularidad el la llamo “Efecto túnel”.

28. https://www.sony.net/SonyInfo/CorporateInfo/History/SonyHistory/1-09.html#block3
La historia de como fue que el Dr. Leo Esaki llego a tal descubrimiento, esta en la pagina
que les brindo aqui abajo, es la pagina oficial de Sony, y cuenta la historia de la compañía, en
la cual, menciona que mientras la compañía buscaba solucionar su problema con su nuevo
transistor (2T7) fue como surgió todo este gran suceso.

29. Fabricación

30. El diodo túnel se fabrica dopando los materiales semiconductores que formaran la
unión p-n a un nivel de 100 a varios miles de veces el de un diodo semiconductor
típico.
Esto reduce en gran medida la región de empobrecimiento, a una magnitud de 10-6
cm, o por lo general a aproximadamente (1/100) del ancho de esta región en el caso
de un diodo semiconductor.

31. Después del trabajo de Esaki, varios investigadores demostraron que el
efecto túnel también funcionaba en otros materiales. Holonyak y Lesk
demostraron con un dispositivo de arseniuro de galio en 1960, y otros
demostraron que también se lograba el efecto con indio y estaño, y luego
en 1962 el efecto se demostró en materiales que incluyen arseniuro de
indio, fosfuro de indio y también silicio.

34. Efecto túnel

36. Bandas de energía
en
semiconductores

37. Ec
Ei
Ev
EFP
E
Ec
Ei
Ev
EFN
E
Ec
Ei
Ev
EFP
E
Ec
Ei
Ev
E
EFN
Tipo p
Bajo dopaje
Tipo n
Bajo dopaje
Tipo p
Alto dopaje
Tipo n
Alto dopaje

38. Ec
Ei
Ev
EFP
E
Ec
Ei
Ev
EFN
E
Ec
Ei
Ev
EFP
E
Ec
Ei
Ev
E
EFN
Tipo p
Muy alto dopaje
Tipo n
Muy alto dopaje
Tipo p
Degenerado
Tipo n
Degenerado

39. Diodo túnel
polarizado
directamente

41. Ec
Ei
Ev
EFP
Ec
Ei
Ev
EFN
Ec
Ei
Ev
EFP
Ec
Ei
Ev
EFN
Bandas de energía de un
diodo túnel en equilibrio
N
PE
W
E
Bandas de energía de un
diodo túnel cuando se le
aplica un pequeño voltaje
V
I
V
I
N
P
qVbi

42. Ec
Ei
Ev
EFP
Ec
Ei
Ev
EFN
E
Bandas de energía de un
diodo túnel cuando se le
continúa aplicando un pequeño voltaje
Ec
Ei
Ev
Ec
Ei
Ev
EFN
E
Al llegar a cierto voltaje, el túnel
llega a su máximo
N
P
N
P
V
I
V
I
V
I

43. Ec
Ei
Ev
Ec
Ei
Ev
EFN
E
Bandas de energía de un
diodo túnel cuando se le
aplica un pequeño voltaje
Ec
Ei
Ev
Ec
Ei
Ev
EFN
E
Bandas de energía de un
diodo túnel cuando se le
aplica un pequeño voltaje
EFP EFP
N
P
N
P
V
I
V
I

44. Ec
Ei
Ev Ec
Ei
Ev
EFN
E
Se observa que el diagrama de
bandas del diodo túnel, ahora tiene
una grafica similar a la de un diodo
semiconductor normal
EFP
Ec
Ei
Ev
Ec
Ei
Ev
EFN
E
Bandas de energía de un
diodo túnel cuando se le
continua aplicando voltaje
EFP
N
P
N
P
V
I
V
I
W W
qVbi
qVbi

51. Aplicaciones

52. Los diodos túnel son resistentes a los efectos de
campos magnéticos, altas temperaturas y
radioactividad. Pueden ser usados en equipos
modernos (NMR Machines).
Debido a la baja demanda de potencia, se
utilizan en los receptores de FM.

53. Son usados en los equipos de comunicación por
satélite.
Se utiliza como un interruptor de alta velocidad debido al efecto túnel.
Se puede utilizar un diodo túnel para generar
un voltaje senoidal con sólo una fuente de cd y
algunos elementos pasivos.

54. Aunque el uso de los diodos túnel en sistemas de alta frecuencia actuales se
ha detenido dramáticamente debido a la disponibilidad de técnicas de
fabricación de dispositivos alternativos, su sencillez, linealidad, bajo
consumo de potencia y confiabilidad, aseguran su continuidad de uso y
aplicación.

55. Bibliografía