¿Qué significa exactamente una caída de tensión de 0,7 V en un diodo polarizado hacia delante?

Question

Esta cuestión se debate parcialmente (pero no totalmente) aquí:

¿Por qué los diodos tienen una caída de tensión?

¿La caída de potencia en un diodo se convierte totalmente en calor?

La conclusión es que, en un diodo polarizado hacia delante con corriente continua constante:

1. la caída de tensión representa la energía necesaria (por unidad de carga) para empujar los portadores de carga (electrones y huecos) de un semiconductor al otro.

2. la caída de potencia en un diodo polarizado hacia delante es totalmente calor.

Centrémonos más en detalle en ambas afirmaciones. Consideremos el siguiente diagrama de bandas en caso de polarización directa:

Yo diría que sí:

• cuando el diodo está polarizado hacia delante, los huecos son empujados de P a N y los electrones de N a P, correcto ?

• tanto los niveles de electrones como de huecos cambian a lo largo de la unión, ya que corresponden respectivamente a las bandas de conducción y de valencia. Su salto es el mismo ya que ambos niveles están representados por curvas paralelas. ¿La caída de tensión del diodo es igual a este salto, al doble de este salto u otro?

• ¿qué hacen los portadores de carga inyectados en cada semiconductor después de atravesar la discontinuidad? ¿Se recombinan y producen calor? ¿Pasan inalteradas y siguen fluyendo como corriente eléctrica? En la primera pregunta de la pila está escrito que hay una pérdida de portadores. ¿Cómo puede ser cierta la ley de KCL si algunos portadores desaparecen en la discontinuidad?

Answer 1

cuando el diodo está polarizado hacia delante, los huecos son empujados de P a N y los electrones de N a P, ¿correcto?

Sí [Sin embargo, "polarizado hacia delante", en realidad sólo significa que el lado P es más positivo que el lado N]. Cuando la polarización hacia delante es muy pequeña, puede predominar la corriente de "fuga". La corriente de fuga está causada por portadores minoritarios. Aunque los portadores mayoritarios son (normalmente) más comunes (de ahí lo de "mayoritarios"), les cuesta más cruzar una unión PN que a los portadores minoritarios. Por lo tanto, cuando la polarización es muy baja, los pocos portadores minoritarios que cruzan fácilmente la unión pueden formar una corriente mayor que los muchos portadores a los que les cuesta cruzar la unión].

¿qué hacen los portadores de carga inyectados en cada semiconductor después de atravesar la discontinuidad?

Se convierten en portadores minoritarios. Los destinos de estos portadores minoritarios son múltiples. Pueden recombinarse con los portadores mayoritarios, pueden volver a difundirse a través de la unión, pueden sobrevivir y alcanzar la unión metal-semiconductor.

¿Se recombinan y producen calor?

Sea cual sea su destino, acabarán interactuando con la red cristalina, con otros portadores, con el metal, etc., y su trayectoria se volverá aleatoria. Es decir, producirán calor. Sin embargo, el campo eléctrico hará que esos portadores o nuevos portadores se aceleren, manteniendo así la corriente.

¿Cómo puede ser cierta la ley de KCL si algunos portadores desaparecen en la discontinuidad?

Cuando un electrón y un hueco se recombinan (en la discontinuidad o en otro lugar) hay corriente de electrones en una dirección y corriente convencional en la otra. Por tanto, algebraicamente, la corriente se conserva.