2.7: Diodos de unión

Los rectificadores de óxido de selenio se utilizaron antes de que los modernos rectificadores de diodos de potencia estuvieran disponibles Estos y los rectificadores Cu ₂ O fueron dispositivos policristalinos. Las células fotoeléctricas se fabricaron una vez a partir de Selenio.

Antes de la era moderna de los semiconductores, una aplicación temprana de diodos era como un detector de radiofrecuencia, que recuperaba audio de una señal de radio. El “semiconductor” fue una pieza policristalina del mineral galena, sulfuro de plomo, PbS. Un alambre metálico puntiagudo conocido como bigote de gato se puso en contacto con una mancha en un cristal dentro del mineral policristalino. (Figura abajo) El operador se esforzó para encontrar un punto “sensible” en la galena moviendo el bigote de gato alrededor. Presumiblemente, hubo manchas de tipo P y N distribuidas aleatoriamente por todo el cristal debido a la variabilidad de impurezas incontroladas. Con menor frecuencia se utilizaron las piritas de hierro mineral, tontos oro, al igual que el mineral carborundo, carburo de silicio, SiC, otro detector, parte de un Presumiblemente hubo manchas de tipo P y N distribuidas aleatoriamente por todo el cristal debido a la variabilidad de impurezas incontroladas. Con menos frecuencia se utilizaron las piritas de hierro mineral, tontos oro, al igual que el mineral carborundo, carburo de silicio, SiC, otro detector, parte de una radio trinchera, consistió en una mina de lápiz afilada atada a un pasador de seguridad doblado, tocando una hoja de afeitar desechable oxidada de hoja azul. Todos estos requerían buscar un punto sensible, fácilmente perdido debido a la vibración.

Detector de cristal

Reemplazar el mineral por un semiconductor dopado con N (Figura abajo (a)) hace que toda la superficie sea sensible, por lo que ya no se requería la búsqueda de un punto sensible. Este dispositivo fue perfeccionado por G.W.Pickard en 1906. El contacto metálico puntiagudo produjo una región localizada de tipo P dentro del semiconductor. La punta metálica se fijó en su lugar, y todo el diodo de contacto del punto se encapsuló en un cuerpo cilíndrico para estabilidad mecánica y eléctrica. (Figura abajo (d)) Obsérvese que la barra catódica en el esquema corresponde a la barra en el paquete físico.

Los diodos de contacto de punto de silicio hicieron una importante contribución al radar en la Segunda Guerra Mundial, al detectar señales de eco de radiofrecuencia de giga-hercios en el receptor de radar. El concepto a dejar claro es que el diodo de contacto puntual precedió al diodo de unión y a los semiconductores modernos por varias décadas. Incluso hasta el día de hoy, el diodo de contacto puntual es un medio práctico de detección de frecuencia de microondas debido a su baja capacitancia. Los diodos de contacto de punto de germanio estuvieron una vez más fácilmente disponibles de lo que están hoy en día, siendo los preferidos para el voltaje directo más bajo de 0.2 V en algunas aplicaciones como radios de cristal autoalimentadas. Los diodos de contacto puntual, aunque son sensibles a un ancho de banda amplio, tienen una baja capacidad de corriente en comparación con los diodos de unión.

Sección transversal del diodo de silicio: (a) diodo de contacto puntual, (b) diodo de unión, (c) símbolo esquemático, (d) paquete de diodos de señal pequeña.

La mayoría de los diodos hoy son diodos de unión de silicio. La sección transversal de la Figura anterior (b) parece un poco más compleja que una simple unión PN; sin embargo, sigue siendo una unión PN. Comenzando en la conexión del cátodo, el N ⁺ indica que esta región está fuertemente dopada, no teniendo nada que ver con la polaridad. Esto reduce la resistencia en serie del diodo. La región N ^- está ligeramente dopada como indica el (-). El dopaje de luz produce un diodo con un voltaje de ruptura inverso más alto, importante para los diodos rectificadores de potencia de alto voltaje. Los diodos de menor voltaje, incluso los rectificadores de potencia de bajo voltaje, tendrían menores pérdidas hacia adelante con un dopaje más pesado. El nivel más pesado de dopaje produce diodos zener diseñados para un voltaje de ruptura inverso bajo. Sin embargo, el dopaje pesado aumenta la corriente de fuga inversa. La región P ⁺ en el contacto del ánodo es un semiconductor tipo P fuertemente dopado, una buena estrategia de contacto. Los diodos de unión de señal pequeña encapsulados en vidrio son capaces de 10 a 100 mA de corriente. Los diodos rectificadores de potencia encapsulados de plástico o cerámica manejan hasta 1000 amperios de corriente.

Revisar

• Los diodos de contacto puntual tienen excelentes características de alta frecuencia, utilizables bien en las frecuencias de microondas.
• Los diodos de unión varían en tamaño desde pequeños diodos de señal hasta rectificadores de potencia capaces de 1000 amperios.
• El nivel de dopaje cerca de la unión determina la tensión de ruptura inversa. El dopaje de luz produce un diodo de alto voltaje. El dopaje pesado produce un voltaje de ruptura más bajo y aumenta la corriente de fuga inversa. Los diodos Zener tienen un voltaje de ruptura más bajo debido al dopaje pesado.