La unión pn: una frontera que construye su propia barrera
El camino de la unión al equilibrio
A la izquierda está el tipo p, donde los círculos azules vacíos son huecos, y a la derecha el tipo n, donde los puntos dorados son electrones. Al avanzar las etapas se forma en el límite central una franja vaciada de portadores, aparecen dentro los signos de los iones fijos y surge entre ellos la flecha del campo eléctrico interno. Avanza las etapas para ver cuándo se detiene la corriente neta.
Al contacto, comienza la difusión
El lado n tiene muchísimos electrones y el lado p muchísimos huecos. La diferencia de concentración a ambos lados del límite es tan grande que, en el instante en que se unen, los electrones se precipitan hacia el lado p y los huecos hacia el lado n. Esta es la difusión que viste en A3.
La partida expone los iones fijos
Aunque los portadores crucen, los átomos dopantes que los aportaron siguen clavados en la red y no pueden moverse. Como viste en A2, los donantes del lado n que cedieron electrones quedan como iones positivos, y los aceptores del lado p que tomaron electrones y crearon huecos quedan como iones negativos. Así, la zona cercana al límite se convierte en una capa de agotamiento, vaciada de portadores y con solo carga fija, y entre las cargas fijas de los dos lados se establece un campo eléctrico interno que apunta del lado n al lado p.
La barrera detiene la difusión: equilibrio
El campo interno empuja de vuelta a los portadores que intentan cruzar. Esta deriva crece en sentido contrario a la difusión hasta que las dos se igualan en tamaño y la corriente neta se hace 0, la anulación que se anunció en A3. En ese momento el ancho de la capa de agotamiento y la barrera de potencial interno Vbi dejan de crecer, y su tamaño lo fijan las concentraciones de dopaje de los dos lados. Este límite, que levanta su propia barrera para detener la difusión, es el núcleo del diodo.
De vuelta a la primera pantalla
Justo después del contacto, la difusión neta era muy grande. Cuantos más portadores cruzaban, más iones fijos quedaban al descubierto y más crecía el campo interno, y esa barrera empujaba de vuelta la difusión mediante la deriva. Cuando las dos se igualaron, la corriente neta fue 0 y la capa de agotamiento y la barrera dejaron de crecer. Sin hacer nada desde fuera, el límite levantó su propia barrera y llegó al equilibrio. Los iones dopantes fijos de A2 y la anulación entre deriva y difusión de A3 se encuentran en un solo lugar y forman el núcleo del diodo.
Lo que sigue
Ahora tienes la barrera en la mano. En el siguiente bloque, B, aplicas una tensión externa a esta barrera. En polarización directa la barrera baja y los portadores se precipitan; en inversa la barrera sube y bloquea el flujo. Esta asimetría, que solo deja pasar en un sentido, es la curva I-V del diodo y su acción rectificadora.