La unión pn: una frontera que construye su propia barrera
Sigue la unión hasta el equilibrio
A la izquierda, tipo p (huecos); a la derecha, tipo n (electrones). Avanza y observa cómo los portadores cruzan mientras se exponen los iones fijos. ¿Cuándo se detiene la corriente neta?
Al contacto, comienza la difusión
El lado n abunda abrumadoramente en electrones, y el p en huecos. A través de la frontera esa diferencia de concentración es tan grande que, al tocarse, los electrones se vuelcan al lado p y los huecos al lado n. Esto es justamente la difusión vista en A3.
La partida expone los iones fijos
Aun después de que los portadores cruzan, los átomos dopantes que los cedieron quedan fijos en la red y no pueden moverse. Como en A2, los donantes del lado n que cedieron electrones quedan como iones positivos, y los aceptores del lado p que tomaron huecos quedan como iones negativos. Así, la región cercana a la frontera se vuelve una zona de carga espacial, vaciada de portadores y con solo carga fija, y entre ambas cargas fijas se levanta un campo interno que apunta hacia el lado p.
La barrera detiene la difusión: equilibrio
El campo interno empuja de vuelta a los portadores que cruzan. Esta deriva crece en sentido opuesto a la difusión, y en el instante en que ambas se igualan también en magnitud, la corriente neta cae a cero. Esta es justamente la cancelación anticipada en A3. En ese punto el ancho de la zona de carga espacial y la barrera de potencial interno Vbi dejan de crecer, y su tamaño lo fija el dopaje de cada lado. Esta frontera, que construyó su propia barrera para detener la difusión, es el corazón del diodo.
De vuelta a la primera pantalla
Justo tras el contacto, la difusión neta era enorme. A medida que los portadores cruzaban, se exponían iones fijos y el campo interno crecía, y esa barrera empujaba de vuelta la difusión por deriva. En el instante en que ambas se igualaron en magnitud, la corriente neta fue cero y la zona de carga espacial y la barrera dejaron de crecer. Sin hacer nada desde fuera, la frontera construyó su propia barrera e hizo un equilibrio. Los iones dopantes fijos de A2 y la cancelación deriva-difusión de A3 se encuentran en un solo lugar para dar forma al corazón del diodo.
Lo que sigue
Ahora tienes la barrera. El siguiente grupo, B, le aplica un voltaje externo. La polarización directa baja la barrera y los portadores se vuelcan; la inversa la sube y bloquea el flujo. Esta asimetría de un solo sentido es la curva I-V del diodo y la rectificación.