UNIVERSIDAD TECNOLGICA DE HONDURASENSAYO SOBRE EL DIODOELECTRNICA ANLOGA IJOS DAVID ESPINAL ZELAYA201210060070ING. ORLANDO FORTN

El diodo, sus principios y caractersticas

El estudio del diodo es sin duda un buen punto de partida para el estudio de la electrnica, es pues, a partir de este dispositivo que somos inducidos al universo de los semiconductores, y por ende, a la complejidad de sus principios fsicos a escala muy reducida, esto es, de la fsica cuntica y su evolucin terico-prctica a travs del tiempo. La comprensin del funcionamiento y comportamiento del diodo trasciende entonces de la simple aplicacin de frmulas, conocimientos de circuitos elctricos o montaje de los mismos, se trata de introducirse uno mismo a aquello ms significativamente fundamental de todo lo que existe: el tomo. Partiremos entonces de este suceso para procurar entablar y describir lo ms cercano posible al pequesimo mundo oculto a la vista humana todo acerca del diodo.

Es a partir de la dedicacin de muchos cientficos a travs de la historia que se va paulatinamente juntando una serie de variados conocimientos en diversas reas y se logra construir la base de casi todo conocimiento que existe y de todo lo que ha sido inventado por el hombre, desde el que se interes por la geometra espacial, hasta el que pudo ver ms all de sus ojos, trabajando sobre fenmenos fsicos intangibles y complicados de demostrar su existencia o el qumico que crey en la posibilidad de materializar las teoras a travs de sus experimentos, y que finalmente son nuestra plataforma de soporte para trabajar y continuar desarrollando tecnologas que son mera aplicacin de todo aquello que una vez se plasm en papel. Desde Maxwell y su recopilacin sobre la teora electromagntica hasta Einstein y el efecto foto elctrico, todo converge a la comprensin de lo que existe, y para quienes se interesan en la electrnica es de carcter obligatorio conocerlo. Es en 1904, con la construccin de la vlvula electrnica rectificadora de corriente que Fleming provocar el despertar de sus contemporneos con la construccin de ya no solo dispositivos elctricos, ahora son electrnicos, y es entonces con esta nueva invencin, tambin llamado diodo que se desencadenar una carrera por el estudio de esta nueva rama de la fsica. Sin embargo, fue hasta 1947 que por manos de Shockley y su equipo de trabajo con la invencin del primer transistor de unin que la revolucin electrnica comienza, a travs de estudios ms exhaustivos en campos como la qumica y un conocimiento para entonces mucho ms amplio en mecnica cuntica. Luego vemos que los inventos en el rea no aparecern en perodos de tiempo ms amplios, y es que en 1958 con Kilby nace en los laboratorios de Texas Instruments el primer circuito integrado, claro, construido a base de transistores. Ya en 1971, con el Intel 4004, construido con 2000 transistores y siendo comercializable se dio un incremento exponencial en la tecnologa vista hasta aquellos momentos, luego, no se necesit mucho tiempo para ver los primeros prototipos de computadores, aparecen secuencialmente, desde 1975 hasta la fecha, muchos de ellos, sin embargo, el que suceda al ms reciente ya presentaba sustanciales mejoras en construccin, tecnologa empleada, funcionalidad y diseo. Para los que tuvieron la oportunidad de recorrer paso a paso esta evolucin es una odisea a la vista, y desde luego, debe significar un gran motivo de admiracin el poder contemplar y muchos ser partcipes del genuino proceso tecnolgico, que cada da parece traer ms maravillas a un mundo donde la gente se vuelve cada vez ms dependiente de ellas.

Por otro lado, para los que es la electrnica motivo de estudio en estos tiempos, sabemos que nada funciona por simple inspeccin, es necesario sumergirse en la ciencia para comprender la vastedad de nuestro campo de trabajo. Vamos pues a hacernos algunas millones de veces ms pequeos de lo que aparentamos y observemos al tomo, con esas partculas minsculas que se mueven alrededor de un pequeo centro llamado ncleo, pero observe que las partculas giran como en crculos de diferente radio alrededor del ncleo, esos crculos realmente son rbitas que son la ruta marcada para que esas partculas llamadas electrones corran por ellas libremente. Todo ello es pues nuestro punto de partida para comprender los diodos, pues son sus muy intrigantes orgenes, ah nacieron, ah crecieron y bajo las reglas por las que se rigen los tomos tambin se rigen ellos, pero se han hecho ciertas maniobras para que los diodos funcionen y se comporten como lo hacen. Se saba que existan conductores y aislantes, hasta hace mucho tiempo atrs, pues son dos tipos de materia formada lgicamente por tomos que responden de manera diferente al paso de la corriente elctrica, los primeros son mucho ms vulnerables y permisibles a tal flujo que los segundos, ello se conoca porque se descubri que existan electrones que orbitan muy cerca del ncleo y que por dicha cercana se produca esa interaccin que los mantena siempre ah, de ah se deduce en que hay partculas en el ncleo del tomo con carga positiva y neutra, pero tambin se observ que haba otros electrones que por su lejana del ncleo saltaban bajo ciertas condiciones desde su hbitat orbital hasta otros tomos adyacentes, se llam a estos electrones de valencia, pues parecan determinar la capacidad de desencadenar o no una corriente elctrica a travs de toda su estructura atmica, aunque tambin determinaban ciertas caractersticas no slo elctricas, sino qumicas del material por medio del estudio de su estructura atmica. La combinacin de estos factores nos ofrece la posibilidad de crear un nuevo tipo de estructura, pero ya no son ni conductores ni aislantes, son ms bien de un nuevo tipo, manipulable atmicamente por medio de una combinacin de materias ya conocidas, es entonces que se elige estudiar componentes de la naturaleza que parezcan no encajar ni entre los llamados conductores ni los aislantes, aquellos que por su estructura, y aprovechando las conclusiones abstradas a partir del estudio del tomo y sus partculas nos permitan hacerlos comportarse como conductores o como aislantes, bajo ciertas condiciones, pero solo podrn ser un estado a su vez, llamaramos a estos materiales semiconductores.

Se descubri que los conductores posean orbitando en su rbita atmica ms externa al ncleo entre uno a tres electrones y que los aislantes tenan entre cinco a ocho de ellos en su rbita ms externa, tambin conocida como rbita de valencia, pues determina en ltima instancia las propiedades elctricas del material. Entonces, queda un intervalo llamado cuatro electrones, el cual se encuentra acotado entre las caractersticas de los conductores y los aislantes sin ser exactamente alguno de ellos. El silicio y el germanio son pues dos materiales de la naturaleza que encajan muy bien en dicho intervalo, los cuales bajo sus condiciones intrnsecas parecen no ofrecer ninguna aplicabilidad a nuestro campo, pero que si se aaden impurezas, esto es, tomos de otro cierto tipo de material se producen fenmenos elctricos de mucha importancia. Es pues que se descubri que al dopar al silicio o al germanio con impurezas trivalentes se produca una deficiencia de electrones libres en la nueva estructura, en tanto que si se dopaban con impurezas pentavalentes se produca un exceso de electrones libres en la nueva estructura. Se llam entonces a la estructura del primer tipo semiconductor tipo P, y a la ltima semiconductor tipo N, por las nuevas propiedades conseguidas. Se estaba pues, en esta instancia logrando manipular a muy reducida escala, por medio de la qumica las caractersticas de este nuevo tipo de material, que no era ni buen conductor ni mal aislante, eran pues los semiconductores, y ya no solo existan puros con el silicio o el germanio, sino se producan dos nuevos tipos, y es de estos dos ltimos que se encontr que al juntar ambos electrodos ocurra algo diferente a lo antes visto, se poda producir un solo cristal con material tipo P en un lado y tipo N en el otro, de aqu el nombre de diodo. Cada dipolo tiene un campo elctrico entre lo iones positivos y negativos, y algunos electrones excedentes del material tipo N pasan al material tipo P y parte de este pasan al material tipo N. Es creada as la zona de transicin dominada por un campo elctrico que aumenta con cada electrn que cruza la unin hasta alcanzar cierto equilibrio en el cual dicho campo detiene la difusin de electrones a travs de la unin. La barrera que supone la zona de transicin, a temperatura ambiente y bajo determinada diferencia de potencial que domine el campo elctrico, sea esta de 0.3 V para el germanio y de 0.7 V para el silicio se romper si se polariza directamente la unin PN, o aumentar en dimensin y no se rompe si se polariza inversamente tal unin. De esta manera es que se logra finalmente construir un nuevo dispositivo, con bases cunticas y qumicas que se tiene un nuevo dispositivo ya no elctrico, sino cuyo comportamiento elctrico es controlado por diversas circunstancias fsicas y qumicas, y a este se le conoce entonces como dispositivo electrnico, el diodo de unin, el principio bsico de todo semiconductor conocido hasta hoy, y del cual deriv el invento y construccin del transistor de unin, el circuito integrado, memorias de estado slido, microprocesadoresy una amplia diversidad de nuevos dispositivos electrnicos que facilitan la manera en que funcionan las cosas de la contemporaneidad.

Hasta aqu pues se tiene ahora tres tipos de materiales que por sus propiedades nos permiten catalogarlos en tres tipos diferentes, conductores, aislantes y semiconductores.Estos ltimos significan un motivo de estudio muy diferente al de los dos restantes, sin embargo, podemos estudiarlos basndonos en el estudio elctrico y bajo las leyes que rigen los fenmenos dependientes de electricidad; no obstante, su comportamiento particular sufrir importantes consideraciones pues este no sigue un modelo lineal tal cual lo hacen otros dispositivos como las resistencias elctricas. Gracias al aporte de muchos estudiosos del rea contamos con tres modelos para determinar sus caractersticas de corriente, tensin y por ende resistencia elctrica.Cada modelo grfico se adapta a las consideraciones de exactitud deseada del comportamiento terico ideal al comportamiento prctico real. Adems, parmetros como la temperatura, tipo de construccin del diodo son ahora de vital relevancia en su estudio, pues nos valemos de su comportamiento atmico a muy reducida escala. Hoy en da se cuenta con diversidad de diodos, todos con implementaciones asombrosas en la tecnologa de nuestros tiempos, desde llaves electrnicas y estabilizadores de tensin hasta sensores de gran funcionalidad, todo, llevado de la mano con los avances en la qumica, la nanotecnologa y la fsica cuntica, de las cuales somos linealmente dependientes, cuyos avances nos llevan a creer que nos enfrentamos a saltos factoriales de la tecnologa tal cual la hemos conocido hasta exactamente este instante.