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DIODO TUNEL
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CONSTRUCCION
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Por su naturaleza, el diodo túnel tiene una corriente inversa relativamente grande, pero es raro que se le use para operar en estas condiciones. 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 10 5 MEGACICLOS POR SEGUNDO, Y EN CIRCUITOS BIESTABLES, CON TIEMPOS DE CONMUTACIÓN INFERIORES A 10 -9 SEG. 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 10 5 MEGACICLOS POR SEGUNDO, Y EN CIRCUITOS BIESTABLES, CON TIEMPOS DE CONMUTACIÓN INFERIORES A 10 -9 SEG.
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