Unión p-n y diodos

Describe la unión p-n, rectificación y corriente en diodos semiconductores.

Contexto conceptual

Una unión p-n aparece cuando un semiconductor tipo p se pone en contacto con uno tipo n. Al tocarse, los portadores mayoritarios difunden, dejan iones fijos y forman una región empobrecida que actúa como barrera interna. Esa barrera no es una pared mecánica, sino una distribución eléctrica que selecciona cuándo los portadores pueden cruzar. El diodo aprovecha esa asimetría: con una $V_d$ directa la barrera efectiva disminuye y la $I$ crece con mucha rapidez; con polarización inversa la barrera se refuerza y solo queda una corriente pequeña. Por eso una pieza microscópica de material puede comportarse como una válvula eléctrica.

🟢 Nivel esencial

Un diodo no “deja pasar” la corriente por magia: responde a cómo la $V_d$ modifica la barrera interna de la unión p-n.

En equilibrio, la difusión inicial crea una barrera interna y una región casi sin portadores móviles cerca de la unión. Si el ánodo se hace positivo respecto al cátodo, la barrera efectiva baja, los portadores mayoritarios cruzan con más facilidad y la $I$ aumenta de forma muy sensible. Si se invierte la polaridad, la barrera se ensancha y el paso de mayoritarios queda bloqueado casi por completo. La $T$ importa porque fija la $V_T$, la escala que decide cuánta tensión hace falta para cambiar mucho la corriente. Rectificar significa convertir una señal alterna en una corriente preferente en un solo sentido. Es como una puerta giratoria que empuja con fuerza en un sentido pero apenas cede en el contrario: casi toda la corriente termina fluyendo por el camino que la puerta favorece.

🔵 Nivel formal

Fórmulas básicas

La descripción cuantitativa básica usa la ecuación ideal del diodo. La $I$ depende de la $V_d$, la $I_s$, el $n$ y la $V_T$: una pequeña variación de $V_d$ directa puede producir un cambio grande de $I$. Esta relación define una curva I-V exponencial en conducción directa y casi plana en inversa moderada.

Ecuación ideal del diodo

La escala térmica se obtiene con $T$, $k_B$ y $q$; por eso el mismo diodo cambia su curva I-V al calentarse y por eso el $n$ se interpreta junto a la escala térmica, no como un simple ajuste decorativo.

Tensión térmica

En equilibrio, la unión posee un $V_bi$ relacionado con $N_A$, $N_D$ y $n_i$. Más dopaje suele elevar la barrera logarítmicamente y modifica la región empobrecida.

Potencial interno de barrera

Preguntas reales del alumno

¿Por qué se dice que el diodo tiene una caída de 0,7 V? Es una regla práctica para ciertos diodos de silicio y corrientes concretas, no una constante física.

¿Puede haber corriente con tensión inversa? Sí, existe una $I_s$ pequeña; si la tensión inversa es muy grande puede aparecer ruptura.

¿Por qué cambia con la $T$? Porque la $V_T$ y la generación de portadores dependen de la agitación térmica.

¿La $W$ es material vacío? No; contiene iones fijos y campo eléctrico, aunque haya pocos portadores móviles.

Síntesis final

Una unión p-n rectifica porque la $V_d$ inclina una barrera interna asimétrica. La $I$ es la respuesta colectiva de portadores, $T$, dopaje y límites de potencia.