¿Cuál es el motivo de la corriente de deriva en un diodo de unión pn?

En un diodo de unión p-n, la corriente de deriva se refiere al flujo de portadores de carga (electrones y huecos) debido a un campo eléctrico aplicado. Este fenómeno es el resultado del movimiento de los portadores causado por la fuerza que ejerce sobre ellos el campo eléctrico dentro del material semiconductor del diodo. Para comprender el motivo de la corriente de deriva, exploremos los conceptos clave involucrados:

1. Formación de una unión p-n:

a. Dopaje:

Una unión p-n se forma combinando un semiconductor de tipo p (deficiente en electrones, con huecos cargados positivamente) y un semiconductor de tipo n (rico en electrones, con electrones cargados negativamente).
El dopaje implica la introducción intencionada de impurezas para crear regiones de portadores de carga excesivos (tipo p) y portadores de carga deficitarios (tipo n).

b. Región de agotamiento:

En la interfaz de las regiones p y n, se forma una región de agotamiento.
La región de agotamiento inicialmente carece de portadores de carga libres, lo que crea un campo eléctrico debido a los átomos dopantes ionizados (iones cargados) en ambos lados.

2. Corriente de deriva y campo eléctrico:

a. Voltaje aplicado:

Cuando se aplica un voltaje externo (polarización) a través de la unión p-n, se crea un campo eléctrico dentro de la región de agotamiento.
El campo eléctrico ejerce una fuerza sobre los portadores de carga, provocando que se muevan.

b. Dirección de la corriente de deriva:

En un diodo de unión p-n, el campo eléctrico dentro de la región de agotamiento empuja los electrones de la región de tipo n hacia la región de tipo p y los huecos de la región de tipo p hacia la región de tipo n.
La corriente resultante debido al movimiento de los portadores de carga se denomina corriente de deriva.

3. Razones de la corriente de deriva:

a. Movimiento del portador de carga:

En ausencia de un campo eléctrico externo, los portadores de carga en la región de agotamiento están esencialmente inmóviles debido al campo eléctrico incorporado causado por los átomos dopantes ionizados.
La aplicación de una tensión externa altera este equilibrio, provocando el movimiento de los portadores.

b. Fuerza ejercida por el campo eléctrico:

El campo eléctrico establecido por el voltaje aplicado ejerce una fuerza sobre los portadores de carga, haciendo que se muevan en la dirección del campo.
Los electrones se mueven hacia la región de tipo p con polarización positiva, mientras que los agujeros se mueven hacia la región de tipo n con polarización negativa.

c. Velocidad de deriva:

Los transportistas experimentan una velocidad de deriva bajo la influencia del campo eléctrico.
La velocidad de deriva es proporcional a la intensidad del campo eléctrico aplicado y la movilidad del portador, que es una propiedad del material que determina la facilidad con la que los portadores se mueven en respuesta a un campo eléctrico.

4. Ecuación de la corriente de deriva:

a. Representación Matemática:

La corriente de deriva (I_d) en un dispositivo semiconductor, incluido un diodo de unión p-n, se puede representar matemáticamente mediante la ecuación: ��=�⋅�⋅�⋅��⋅��+�⋅�⋅�⋅� �⋅��Id=q⋅n⋅A⋅μn⋅En+q⋅p⋅A⋅μp⋅Ep
Dónde:
- �q es la carga de un electrón,
- �n y �p son las concentraciones de electrones y huecos,
- �A es el área de la sección transversal,
- ��μn y ��μp son las movilidades de electrones y huecos,
- ��En y ��Ep son las intensidades del campo eléctrico para electrones y huecos.

5. Efectos de la corriente de deriva:

a. Sesgo directo e inverso:

En polarización directa, el voltaje externo ayuda al movimiento de los portadores mayoritarios a través de la unión, mejorando la corriente de deriva.
En polarización inversa, el campo eléctrico se opone al movimiento del portador mayoritario, lo que da como resultado una corriente de deriva reducida.

b. Contribución a la corriente general:

La corriente de deriva contribuye al flujo de corriente general en un diodo de unión p-n, junto con la corriente de difusión (debido a los gradientes de concentración de portadores) cuando el diodo tiene polarización directa.

Conclusión:

En conclusión, la corriente de deriva en un diodo de unión p-n es el resultado de que los portadores de carga (electrones y huecos) experimentan una velocidad de deriva en respuesta a un campo eléctrico aplicado. El campo eléctrico, creado por un voltaje externo, altera el equilibrio dentro de la región de agotamiento e induce el movimiento de los portadores. Comprender la corriente de deriva es esencial para analizar el comportamiento de los diodos de unión p-n bajo diferentes condiciones de polarización y para diseñar dispositivos electrónicos basados en principios semiconductores.