Em um diodo, o que é uma corrente de saturação?

Em um diodo, a corrente de saturação, muitas vezes denotada como ISI_SIS​, é a pequena corrente reversa que flui através do diodo quando ele está polarizado reversamente. Esta corrente é devida à geração térmica de pares elétron-buraco dentro do material semicondutor. Quando o diodo é polarizado reversamente, as portadoras majoritárias são varridas para fora da região de depleção, deixando para trás uma pequena corrente de fuga composta por portadoras minoritárias. Essa corrente de fuga, de magnitude muito pequena, é o que constitui a corrente de saturação.

A corrente de saturação existe devido às propriedades intrínsecas do material semicondutor usado para fabricar o diodo. Mesmo quando o diodo está polarizado reversamente, a energia térmica faz com que alguns elétrons e lacunas se libertem de seus átomos e se tornem portadores minoritários. Esses portadores podem cruzar a junção, resultando em uma corrente pequena e constante. Esta corrente não depende da tensão de polarização reversa, mas sim da temperatura e das propriedades do material do diodo.

Para encontrar a corrente de saturação de um diodo, pode-se consultar a folha de dados do diodo, que normalmente lista o valor ISI_SIS. Alternativamente, a corrente de saturação pode ser determinada experimentalmente medindo a corrente reversa a uma tensão reversa conhecida, bem abaixo da tensão de ruptura, e extrapolando para a condição onde a tensão tende a zero. Este processo envolve ajustar as características corrente-tensão do diodo à equação do diodo Shockley e extrair o parâmetro da corrente de saturação.

A corrente de saturação de um diodo à temperatura ambiente varia dependendo do tipo de diodo e das propriedades do material. Para diodos de silício, a corrente de saturação está normalmente na faixa de nanoamperes (nA) a picoamperes (pA). Por exemplo, um diodo de silício típico pode ter uma corrente de saturação da ordem de 10 nA à temperatura ambiente. Este valor pode ser significativamente diferente para diodos feitos de outros materiais, como germânio ou arseneto de gálio, que possuem diferentes concentrações de portadores intrínsecos e propriedades térmicas.

O ponto de saturação de corrente em um diodo refere-se à condição em que a corrente do diodo para de aumentar linearmente com a tensão aplicada na região de polarização direta e começa a aumentar exponencialmente. Este ponto é tipicamente caracterizado pelo início de condução direta significativa, onde a tensão do diodo é suficiente para superar a barreira de potencial embutida da junção pn. Em termos práticos, isso ocorre quando a tensão direta atinge cerca de 0,7V para diodos de silício e cerca de 0,3V para diodos de germânio. Além deste ponto, a corrente aumenta rapidamente com um pequeno aumento na tensão, levando à curva exponencial IV característica do diodo.