Diodo tunel
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Diodo tunel. Es un diodo semiconductor que tiene una unión pn, en la cual se produce el efecto túnel que da origen a una conductancia diferencial negativa en un cierto intervalo de la característica corriente-tensión. La presencia del tramo de resistencia negativa permite su utilización como componente activo (amplificador/oscilador).
Sumario
Descubrimiento
Este diodo fue inventado en 1958 por el físico japonés Leo Esaki, por lo cual recibió un Premio Nobel en 1973. Descubrió que los diodos semiconductores obtenidos con un grado de contaminación del material básico mucho mas elevado que lo habitual exhiben una característica tensión-corriente muy particular. La corriente comienza por aumentar de modo casi proporcional a la tensión aplicada hasta alcanzar un valor máximo, denominado corriente de cresta.
A partir de este punto, si se sigue aumentando la tensión aplicada, la corriente comienza a disminuir y lo siga haciendo hasta alcanzar un mínimo, llamado corriente de valle, desde el cual de nuevo aumenta. El nuevo crecimiento de la corriente es al principio lento, pero luego se hace cada vez más rápido hasta llegar a destruir el diodo si no se lo limita de alguna manera.
Efecto tunel
Los diodos de efecto tunel son dispositivos muy versátiles que pueden operar como detectores, amplificadores y osciladores. Poseen una región de juntura extremadamente delgada que permite a los portadores cruzar con muy bajos voltajes de polarización directa y tienen una resistencia negativa, esto es, la corriente disminuye a medida que aumenta el voltaje aplicado.
Estos dispositivos presentan una característica de resistencia negativa; esto es, si aumenta la tensión aplicada en los terminales del dispositivo, se produce una disminución de la corriente (por lo menos en una buena parte de la curva característica del diodo). Este fenómeno de resistencia negativa es útil para aplicaciones en circuitos de alta frecuencia como los osciladores, los cuales pueden generar una señal senoidal a partir de la energía que entrega la fuente de alimentación.
El efecto tunel es un fenómeno nanoscópico por el que una partícula viola losprincipios de la mecánica clásica penetrando una barrera potencial o impedancia mayor que la energía cinética de la propia partícula. Una barrera, en términos cuánticos aplicados al efecto tunel, se trata de una cualidad del estado energético de la materia análogo a una "colina" o pendiente clásica, compuesta por crestas y flancos alternos, que sugiere que el camino más corto de un móvil entre dos o más flancos debe atravesar su correspondiente cresta intermedia si dicho objeto no dispone de energía mecánica suficiente como para imponerse con la salvedad de atravesarlo.
A escala cuántica, los objetos exhiben un comportamiento ondular; en la teoría cuántica, un cuanto moviéndose en dirección a una "colina" potencialmente energética puede ser descrito por su función de onda, que representa la amplitud probable que tiene la partícula de ser encontrada en la posición allende la estructura de la curva. Si esta función describe la posición de la partícula perteneciente al flanco adyacente al que supuso su punto de partida, existe cierta probabilidadde que se haya desplazado "a través" de la estructura, en vez de superarla por la ruta convencional que atraviesa la cima energética relativa.
Descripción del diodo tunel
El Diodo tunel es un diodo semiconductor que tiene una unión pn, en la cual se produce el efecto tunel que da origen a una conductancia diferencial negativa en un cierto intervalo de la característica corriente-tensión. Los diodos Tunel son generalmente fabricados en Germanio, pero también en silicio y arseniuro de galio.
La presencia del tramo de resistencia negativa permite su utilización como componente activo(amplificador/oscilador). Una característica importante del diodo tunel es su resistencia negativa en un determinado intervalo de voltajes de polarización directa. Cuando la resistencia es negativa, la corriente disminuye al aumentar el voltaje. En consecuencia, el diodo tunel puede funcionar como amplificador, como oscilador o como biestable. Esencialmente, este diodo es un dispositivo de baja potencia para aplicaciones que involucran microondas y que están relativamente libres de los efectos de la radiación.
Si durante su construcción a un diodo invertido se le aumenta el nivel de dopado, se puede lograr que su punto de ruptura ocurra muy cerca de los 0V. Los diodos construidos de esta manera, se conocen como diodos tunel. Estos dispositivos presentan una característica de resistencia negativa; esto es, si aumenta la tensión aplicada en los terminales del dispositivo, se produce una disminución de la corriente (por lo menos en una buena parte de la curva característica del diodo). Este fenómeno de resistencia negativa es útil para aplicaciones en circuitos de alta frecuencia como los osciladores, los cuales pueden generar una señal senoidal a partir de la energía que entrega la fuente de alimentación.
Estos diodos tienen la cualidad de pasar entre los niveles de corriente Ip e Iv muy rápidamente, cambiando de estado de conducción al de no conducción incluso más rápido que los diodos Schottky.
Curva característica del diodo tunel
Cuando se aplica una pequeña tensión, el diodo tunel empieza a conducir (la corriente empieza a fluir). Si se sigue aumentando esta tensión la corriente aumentará hasta llegar un punto después del cual la corriente disminuye. La corriente continuará disminuyendo hasta llegar al punto mínimo de un "valle" y después volverá a incrementarse. esta ocasión la corriente continuará aumentando conforme aumenta la tensión.
Los diodos tunel tienen la cualidad de pasar entre los niveles de corriente Ip e Iv muy rápidamente, cambiando de estado de conducción al de no conducción incluso más rápido que los diodos Schottky.
Aplicaciones
Este tipo de diodo no se puede utilizar como rectificador debido a que tiene una corriente de fuga muy grande cuando están polarizados en reversa. Así estos diodos sólo encuentran aplicaciones reducidas como en circuitos osciladores de alta frecuencia.
Bibliografía
- Seminario de Dispositivos Semiconductores. Facultad de Ingeniería. Universidad de Buenos Aires.
Fuentes
- Tipos de diodos: características y funcionamiento. Consultado: 12 de septiembre de 2012.
- Diodos de Tunel (Efecto Tunel). Consultado: 12 de septiembre de 2012.
