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DISPOSITIVOS CON SEMICONDUCTORES 717
Los circuitos cronométricos de exploración (iconoscopio) y proyección (tubo de Braum) deben
estar en sincronización.
E) DISPOSITIVOS CON SEMICONDUCTORES
XXIX 30. Diodo de unión
Los diodos de semiconductores o diodos de unión son dispositivos cuyas características se de-
rivan de las especiales propiedades que posee la zona de unión de dos semiconductores extrínse-
cos, uno tipo P y otro tipo N. En un mismo cristal semiconductor se consigue esa unión, que se de-
nomina UNIÓN PN, mediante diversas técnicas, de las que las principales son la difusión de impure- Fig. XXIX-49. Estructura de un dio-
do de unión obtenido por difusión de
zas y el bombardeo iónico. impurezas.
En el proceso de difusión se parte de un substrato de silicio (o germario), dopado previamente
con impurezas donadoras y se le somete a temperaturas de aproximadamente 1 000º C en una
atmósfera con una fuerte concentración de átomos de un elemento aceptor en estado gaseoso. La
impureza aceptora penetra en la estructura cristalina del silicio N hasta una profundidad controla-
da mediante la propia temperatura y el tiempo que dura la difusión, de forma que en la zona que
ha penetrado compensa y supera la concentración de impurezas donadoras, convirtiéndola así en
una región tipo P.
MUESTRA PARA EXAMEN. PROHIBIDA SU REPRODUCCIÓN. COPYRIGHT EDITORIAL TÉBAR
Para obtener una geometría conveniente de la unión se provoca en primer lugar la formación
sobre el substrato de una capa de SiO , a través de la cual la difusión de impurezas es muy lenta,
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y a continuación se abre en esa capa, por un procedimiento fotográfico, una ventana de la forma
elegida por la que se difundirán las impurezas de tipo distinto a las del substrato. El proceso con-
tinúa con el depósito de láminas metálicas a las que se sueldan los terminales, obteniéndose una
estructura como la indicada en la Fig. XXIX-49, y concluye con el encapsulado protector del dis-
positivo.
En el proceso de bombardeo iónico se disparan sobre la ventana abierta en la capa de óxido
de silicio, iones de átomos aceptores fuertemente acelerados mediante campos electrostáticos. Este
procedimiento permite un mayor control del dopado, por lo que proporciona dispositivos con una Fig. XXIX-50. La difusión de porta-
gran uniformidad de características. dores de carga de una región a otra
Aunque las dimensiones típicas de los primeros dispositivos de semiconductores eran las indi- origina en la unión un campo eléctri-
cadas en la Fig. XXIX-49, su tamaño ha decrecido exponencialmente con el tiempo de manera co que se opone a esa difusión.
que en la actualidad se construyen de unas pocas décimas de micra. Se espera que en 20 ó 30
años se desarrolle plenamente la nanotecnología con la utilización de dispositivos de tamaños mo-
leculares, de unos pocos nanómetros.
Veamos lo que ocurre en una unión PN antes de conectarla a un circuito. A una temperatura
determinada, en la región N existen electrones de conducción procedentes de la ionización de las
impurezas y de la formación de pares electrón-hueco, y existen además huecos que provienen de
este último proceso; los electrones son los portadores mayoritarios y los huecos los minoritarios.
En la región P los huecos son los mayoritarios y los electrones los minoritarios.
Ambos tipos de portadores de carga pueden moverse a través de la estructura cristalina, de for-
ma que en la zona de la unión se produce una difusión de electrones de la región N a la P, dejan-
do en la primera iones con carga positiva. Los electrones que pasan a la zona P se recombinan
con huecos existentes en ella produciendo iones negativos. Este proceso no alcanza a la totalidad
de ambas regiones debido a que, conforme los electrones se difunden de N a P, aparece un cam-
po eléctrico, producido por los iones, que se opone a la difusión (Fig. XXIX-50) y merced al cual se
alcanza una situación de equilibrio.
En el equilibrio existen en el cristal dos REGIONES NEUTRAS a ambos lados de la unión en las que
el campo eléctrico es prácticamente nulo y el potencial constante (Fig. XXIX-51), y una ZONA DE
TRANSICIÓN o capa vacía que efectivamente está vacía de huecos y de electrones de conducción,
que tiene por tanto una densidad de carga neta no nula debida a los iones de la red y en la que
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existe un fuerte campo eléctrico, con valores típicos de la intensidad del orden de 10 V/cm. El po- Fig. XXIX-51. En el equilibrio el po-
tencial en la zona de transición no es constante sino que varía entre sus valores en las regiones tencial es constante en las regiones
neutras (Fig. XXIX-51); como se aprecia en esta figura, el potencial en el lado N es más alto por neutras y más positivo en la región N.
corresponder a una región más positiva.
XXII 31. Polarización del diodo de unión
Se dice que un diodo está polarizado cuando se aplica una diferencia de potencial externa en-
tre sus terminales.
La POLARIZACIÓN DIRECTA se obtiene cuando se conecta el polo positivo de una batería al semi-
conductor P y el negativo al N (Fig. XXIX-52-a). En estas condiciones existe un campo eléctrico a
lo largo de todo el dispositivo que favorece la difusión de portadores mayoritarios. Si la tensión ex-
terna se aumenta a partir de cero, un número cada vez mayor de huecos es empujado desde el
lado P hacia la unión, y otro también mayor cada vez de electrones lo es desde el lado N hacia la
unión.
