UNIÓN DEL SEMICONDUCTOR P CON EL N

Para realizar el estudio de los semiconductores en la unión del tipo P y el N, tenemos que ver lo que ocurre con el fenómeno de la difusión. 

El fenómeno de la difusión

Cuando se ponen en contacto dos elementos de diferente concentración se produce un fenómeno de agitación térmica, llamado «difusión», que tiende a igualar la concentración en ambos. Para comprobarlo se puede colocar en un recipiente agua y encima de ella un colorante disuelto en alcohol, como se muestra en la siguiente figura. 

Fenómeno de la difusión

Con el tiempo aumenta la concentración de colorante en el agua, tiñéndose, al mismo tiempo que disminuye en el alcohol. En el ejemplo comentado llega un momento en que toda la mezcla queda homogénea, estabilizándose entonces el proceso de traslado de moléculas del elemento de más concentración al de menos.

Unión del semiconductor P con el N 

Un trozo de semiconductor P dispone de más huecos libres, o portadores mayoritarios, que de electrones libres, o portadores minoritarios, pero la carga neta del mismo es neutra. Lo contrario

sucede con el semiconductor de tipo N, en el que los portadores mayoritarios son los electrones, pero también en conjunto dispone de una carga neutra. Al colocar parte del semiconductor de tipo P

junto a otra parte de semiconductor de tipo N, debido a la ley de la difusión los electrones de la zona N, con alta concentración de los mismos, tienden a dirigirse a la zona P, que apenas los tiene, sucediendo lo contrario con los huecos, que tratan de dirigirse de la zona P a la N. La figura siguiente expresa gráficamente los movimientos de los portadores mayoritarios.

Movimientos de los portadores mayoritarios

La ley de la difusión impulsa a los electrones de la zona N a difundirse hacia la zona P, y a los huecos de P a dirigirse hacia la zona N, propiciando su encuentro y neutralización en la zona de unión. Al encontrarse un electrón con un hueco desaparece el electrón libre, que pasa a ocupar el lugar del hueco, y por lo tanto también desaparece este último, formándose en dicha zona de unión una estructura estable y neutra, como podemos observar en la figura siguiente.

Zona neutra y estable

Comoquiera que la zona N era en principio neutra y al colocarla junto a la zona P pierde electrones libres, cada vez va siendo mas positiva, mientras que la zona P, al perder huecos, se hace

cada vez más negativa. Así aparece una diferencia de potencial entre las zonas N y P, separadas por la zona de unión que es neutra (figura 2-12).

Diferencia de potencial entre las zonas P y N

La tensión que aparece entre las zonas N y P, llamada «barrera de potencial», se opone a la ley de la difusión, puesto que el potencial positivo que se va creando en la zona N repele a los huecos que se acercan de P, y el potencial negativo de la zona P repele a los electrones de la zona N. Cuando ambas zonas han perdido cierta cantidad de portadores mayoritarios, que se han recombinado, la barrera de potencial creada impide la continuación de la difusión y por tanto la igualación de las concentraciones de ambas zonas.

Resumen del contenido de este tema

Al formar la unión de una zona N con una P, a consecuencia de la ley de la difusión se recombinan electrones libres de la zona N con huecos de la zona P, formando una zona neutra central y una barrera de potencial entre ambas zonas, que cuando alcanza el suficiente valor detiene la difusión e impide la igualación de ambas concentraciones.

En realidad, a ambos lados de la zona de unión N-P se forman dos estrechos espacios, Con carga de diferente signo: en el lado correspondiente a la zona N de carácter positivo, ya que al perder electrones los átomos quedan en forma de iones positivos, y en el de la zona P de carácter negativo, pues al

absorber los huecos un electrón los átomos quedan en forma de iones negativos.

La barrera de potencial es del orden de 0,2 V cuando el semiconductor es de germanio (Ge) y de unos 0,5 V cuando es de silicio (Si).

Escrito por Archie Tecnology

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