Diodo tnelCarlos Alberto Cardona OsorioSamuel Eduardo Toro GmezUniversidad Autnoma de Occidente Carlos.Cardona-94@hotmail.comsamtoro9408@gmail.com

Abstract En el presente informe, se realiz el anlisis del diodo tnel, con el propsito de estudiar sus caractersticas, funcionamiento, aplicaciones en la vida real, comportamiento de su curva caractersticas con el fin de desarrollar conceptos claros sobre estos y poder diferenciarlos de otros diodos y saberlos usar para el montaje de circuitos elctricos.

INTRODUCCINEl diodo es el ms simple de los dispositivos semiconductores debido a que tiene caractersticas que le permiten comportarse en condiciones ideales con un interruptor. Los diodos tienen un sinnmero de caractersticas y aplicaciones. En 1958, el fsico japons Leo Esaki, descubri que los diodos semiconductores obtenidos con un grado de contaminacin del material bsico mucho ms elevado que lo habitual exhiben una caracterstica tensin-corriente muy particular. Este comportamiento particular de los diodos muy contaminados se debe a lo que los fsicos denominan efecto tnel.

DESCRIPCIN DEL DIODO TNELEl Diodo tnel es un diodo semiconductor que tiene una unin pn, en la cual se produce el efecto tnel que da origen a una conductancia diferencial negativa en un cierto intervalo de la caracterstica corriente-tensin. Una caracterstica importante del diodo tneles su resistencia negativa en un determinado intervalo de voltajes de polarizacin directa. Cuando la resistencia es negativa, la corriente disminuye al aumentar el voltaje. En consecuencia, el diodo tnel puede funcionar como amplificador o como oscilador. Esencialmente, este diodo es un dispositivo de baja potencia para aplicaciones que involucran microondas y que estn relativamente libres de los efectos de la radiacin.Si durante su construccin a un diodo invertido se le aumenta el nivel de dopado, se puede lograr que su punto de ruptura ocurra muy cerca de los 0V. Los diodos construidos de esta manera, se conocen como diodos tnel. Estos dispositivos presentan una caracterstica de resistencia negativa; esto es, si aumenta la tensin aplicada en los terminales del dispositivo, se produce una disminucin de la corriente (por lo menos en una buena parte de la curva caracterstica del diodo). Este fenmeno de resistencia negativa es til para aplicaciones en circuitos de alta frecuencia como los osciladores, los cuales pueden generar una seal sinodal a partir de la energa que entrega la fuente de alimentacin. Estos diodos tienen la cualidad de pasar entre los niveles de corriente Ip e Iv muy rpidamente, cambiando de estado de conduccin al de no conduccin incluso ms rpido que los diodos Schottky. El diodo Tnel se comporta de una manera muy interesante conforme se le va aumentando una tensin aplicada en sentido directo.

-Efecto tnelEl efecto tnel es un fenmeno nanoscpico por el que una partcula viola los principios de la mecnica clsica penetrando una barrera potencial o impedancia mayor que la energa cintica de la propia partcula. Una forma sencilla de explicarlo es la siguiente:Hablando desde el punto de vista de la mecnica clsica una partcula no puede atravesar la barrera de potencial porque no tiene suficiente energa para hacerlo. Sin embargo si se aplica los conceptos de la mecnica cuntica existe la posibilidad de que partculas atraviesen la barrera ya que se tiene un comportamiento dual partcula onda y eso se conoce como efecto de tunelamiento. La mecnica cuntica es el modelo adecuado para describir la mecnica de partculas muy pequeas como los electrones.- Composicin fsica

Fig. 1 Composicin fsica del diodo tnel.

- Curvas caractersticasCuando se aplica una pequea tensin, el diodo tnel empieza a conducir (hay flujo de corriente). Si se sigue aumentando esta tensin la corriente aumentar hasta llegar un punto despus del cual la corriente disminuye. La corriente continuar disminuyendo hasta llegar al punto mnimo de un "valle" y despus volver a incrementarse. esta ocasin la corriente continuar aumentando conforme aumenta la tensin, este nuevo crecimiento de la corriente es al principio lento, pero luego se hace cada vez ms rpido hasta llegar a destruir el diodo si no se lo limita de alguna manera [Figura 1].

Fig. 2 Curva caracteristica del diodo tnel

- Funcionamiento elctrico del diodo tnel - Cuando V=0, no se produce corriente.- Si se aplica una pequea polarizacin en directo la barrera de potencial es muy alta, sin embargo algunos de los electrones de la banda de conduccin N pasaran por el efecto tnel a la banda de valencia de la regin P, se creara una corriente de polarizacin tnel. Hasta llegar a un nivel mximo de corriente (punto pico) que ocurre cuando los electrones de la banda de conduccin N llenan todos los huecos de la banda de valencia P.- Al aumentar mas la tensin, el numero de electrones que pasan de N a P empieza a disminuir por incremento de la barrera de potencial de nuevo, es as que se da una disminucin en la corriente y se esta en la regin de resistencia negativa hasta llegar a un punto valle en la curva.- Al superar el punto valle se incrementando la tensin y el diodo tnel adquiere el comportamiento tpico de un diodo convencional.

- Simbolos del diodo tnel: En la Figura 3 se ve el smbolo mas comn para denotar el diodo nel en un circuito electrico, mientras que en la Figura 4 se ven otras formas de representar este diodo.

Fig. 3 Smbolo representativo del diodo tnel.

Fig. 4 Otros simbolos del diodo tnel.

- Caractersticas tcnicas de un diodo tnel Los diodos tienen ciertas caracteristicas tcnicas que son las que ayudan al usuario a guiarse respecto a los valores de tensin y de corriente sobre los que se debe trabajar el diodo [Figura 2].

Fig. 5 Caractersticas tcnicas de un diodo tnel de Germanio.

- Aplicaciones del diodo tnelEste tipo de diodo no se puede utilizar como rectificador debido a que tiene una corriente de fuga muy grande cuando estn polarizados en reversa. As estos diodos slo encuentran aplicaciones reducidas como en circuitos osciladores de alta frecuencia, detectores y amplificadores.- Ecuaciones Corriente total del diodo

Corriente de tunelamientoCONCLUSIONESLos diodos son una de gran importancia en los avances en la tecnolgicos, por lo cual, la investigacin de nuevos usos, comportamientos, propiedades fsicas, materiales de fabricacin entre otras, se convierte en un tema de vital importancia para el desarrollo de nuevas tecnologas que mejoren la calidad de los dispositivos electrnicos, circuitos integrados y su funcionamiento. Con este trabajo se notaron varias cualidades de los diodos tnel que vale la pena destacar, como:-Poseen velocidades de respuesta superior a la de los diodos Schottky.-Su uso principalmente se da en los osciladores, detectores y amplificadores operacionales, debido a su veloz tiempo de respuesta.-Corriente de fuga alta cuando se conecta en inversa-Despus de un tiempo, el diodo tnel se empieza a comportar como un diodo ordinario.

REFERENCIAS[1] A. P. Malvino Principios de electrnica, 6ta ed, Editorial McGraw Hill.[2] R. L. Boylestad, L. Nashlesky Electrnica: Teora de circuitos y dispositivos electrnicos, 8va ed, Editorial Pearson.[3] R. L. Boylestad, L. Nashlesky Electrnica: Teora de circuitos y dispositivos electrnicos, 4ta ed, Editorial Pearson.

Leo Esaki was born in Osaka, Japan in 1925. Esaki completed work for a B.S. in Physics in 1947 and received his Ph.D in 1959, both from the University of Tokyo. Esaki is an IBM Fellow and has been engaged in semiconductor research at the IBM Thomas J. Watson Research Center, Yorktown Heights, New York, since 1960. Prior to joining IBM, he worked at the Sony Corp. where his research on heavily-doped Ge and Si resulted in the discovery of the Esaki tunnel diode; this device constitutes the first quantum electron device. Since 1969, Esaki has, with his colleagues, pioneered "designed semiconductor quantum structures" such as man-made superlattices, exploring a new quantum regime in the frontier of semiconductor physics.

The Nobel Prize in Physics (1973) was awarded in recognition of his pioneering work on electron tunneling in solids. Other awards include the Nishina Memorial Award (1959), the Asahi Press Award (1960), the Toyo Rayon Foundation Award for the Promotion of Science and Technology (1960), the Morris N. Liebmann Memorial Prize from IRE (1961), the Stuart Ballantine Medal from the Franklin Institute (1961), the Japan Academy Award (1965), the Order of Culture from the Japanese Government (1974), the American Physical Society 1985 International Prize for New Materials for his pioneering work in artificial semiconductor superlattices, the IEEE Medal of Honor in 1991 for contributions to and leadership in tunneling, semiconductor superlattices, and quantum wells. Dr. Esaki holds honorary degrees from Doshisha School, Japan, the Universidad Politecnica de Madrid, Spain, the University of Montpellier, France, Kwansei Gakuin University, Japan and the University of Athens, Greece. Dr. Esaki is a Director of IBM-Japan, Ltd., on the Governing Board of the IBM-Tokyo Research Laboratory, a Director of the Yamada Science Foundation and the Science and Technology Foundation of Japan. He serves on numerous international scientific advisory boards and committees, and is an Adjunct Professor of Waseda University, Japan. Currently he is a Guest Editorial writer for the Yomiuri Press. Dr. Esaki was elected a Fellow of the American Academy of Arts and Sciences in May 1974, a member of the Japan Academy on November 12, 1975, a Foreign Associate of the National Academy of Engineering (USA) on April 1, 1977, a member of the Max-Planck-Gesellschaft on March 17, 1989, and a foreign member of the American Philosophical Society in April of 1991.