Un diodo es la pieza más simple de los dispositivos semiconductores. Hablando en sentido amplio, un semiconductor es un material con la habilidad variable de conducir corriente eléctrica. La mayoría de los semiconductores están hechos de un pobre conductor, tal como el silicio que ha tenido impurezas añadidas a él (átomos de otro material). El proceso de agregar impurezas se
En el silicio puro todos sus átomos encajan uno con otro de manera perfecta, dejándose a sí mismo sin electrones libres (partículas cargadas negativamente) para conducir corriente eléctrica. En el silicio dopado los átomos adicionales cambian el balance, o bien agregando electrones, o bien
huecos, donde los electrones pueden ir. Cualquiera de las adiciones, hacen al material más
conductivo.
Un material semiconductor con electrones extra se denomina material tipo N, dado que tiene partículas extra cargadas negativamente. En el material tipo N, los electrones libres se mueven de un área cargada negativamente a una cargada positivamente.
Un semiconductor con huecos extra es denominado material tipo P, dado que efectivamente tiene partículas extra cargadas positivamente. Los electrones pueden pasar de hueco en hueco, moviéndose de un área cargada negativamente a una cargada positivamente, como resultado los mismos huecos parecen moverse de un área cargada positivamente a una cargada negativamente. Un diodo comprende una sección de material tipo N pegada con una de material tipo P, con un electrodo en cada extremo. Este arreglo conduce electricidad en solamente una dirección. Cuando no se le aplica voltaje al diodo, los electrones del material tipo N llenan los huecos del material tipo P, a lo largo de la unión, entre las capas se forma una zona de vaciamiento. En la región de vaciamiento, el semiconductor regresa a su estado original de aislamiento –todos los huecos están llenos, de manera que no hay electrones libres o espacios vacíos para los electrones, y la carga no puede fluir.
Figura 2.
En la unión, los electrones libres del material tipo N llenan los huecos del material tipo P. Esto crea una región de aislamiento en el medio del diodo, llamada la región de vaciamiento.
Para pasar la zona de vaciamiento, se tiene que tener electrones moviéndose del lado N al lado P y en el sentido opuesto huecos del lado P al lado N. Para hacer esto se conecta el lado N al negativo de un circuito, y el lado P al positivo de un circuito. Los electrones libres del material N son
suficientemente grande, los electrones de la zona de vaciamiento son sacados de sus huecos y comienzan a moverse libremente. La zona de vaciamiento desaparece, y la carga se mueve a través del diodo.
Figura 3.
Cuando la terminal negativa del circuito se conecta al lado N y la positiva al lado P, los electrones y huecos comienzan a moverse y la región de vaciamiento desaparece.
Si tu tratas de pasar corriente en sentido contrario, conectando el lado P con el negativo y el lado N con el positivo, la corriente no fluirá. Los electrones del lado N son atraídos por el electrodo positivo y los huecos del lado P son atraídos por el electrodo negativo. No hay flujo de corriente a través de la unión dado que los electrones y huecos se mueven en la dirección equivocada para ello. La región de vaciamiento se hace mayor.
Cuando la terminal positiva se conecta al lado N y la negativa al lado P, los electrones libres y huecos se colectan en cada extremo de forma que la zona de vaciamiento se hace mayor.
La interacción entre electrones y huecos de esta manera tiene un efecto interesante –genera ¡luz!. En la siguiente sección encontraremos como es que esto sucede exactamente y porque.
¿Cómo puede un diodo producir luz.?
La luz es una forma de energía que puede ser liberada por un átomo. Esta está hecha de pequeñas partículas como paquetes, que tienen energía pero no masa. Estas partículas llamadas
fotones son la unidad más básica de la luz.
Los fotones son liberados como resultado de los electrones que se mueven. En un átomo los electrones se mueven en orbitales alrededor del núcleo. Los electrones en diferentes orbitales tienen diferente cantidad de energía. Generalmente hablando, los electrones con mayor energía se mueven en orbitales más alejados del núcleo.
Para un electrón brincar de un orbital de más baja energía a uno de más energía, tiene que haber algo que le impulse su nivel de energía. Por el contrario un electrón libera energía cuando cae de un orbital de más energía a otro de menos. Esta energía se libera en forma de un fotón, una caída de energía mayor libera un fotón de más energía, el cual se caracteriza por una frecuencia más alta. (Véase como trabaja la luz).
Como vimos en la sección anterior, los electrones libres moviéndose a través de un diodo pueden caer en huecos vacíos del lado P. Esto involucra una caída de la banda de conducción a un orbital de más bajo nivel, de esta manera
los electrones liberan energía en forma de fotones. Esto sucede en cualquier diodo, pero tu solo puedes ver los fotones cuando el diodo esta hecho de ciertos materiales. Los átomos de un diodo de silicio estándar están hechos de forma tal que los electrones caen una distancia relativamente corta. Como resultado, la frecuencia de los fotones es tan baja que es invisible para el ojo humano, esta en el rango del infrarrojo del espectro de luz. Esto no es necesariamente algo malo, por supuesto. Los diodos infrarrojos son ideales para los controles remotos.
Figura 5b.
Diodos emisores de luz visible (VLEDS), tales como los que iluminan los números de un reloj
digital, están hechos de materiales que se caracterizan por una banda prohibida más grande de lo normal entre la banda de conducción y la banda de valencia, u orbitales más bajos. El tamaño de la banda prohibida determina la frecuencia del fotón – en otras palabras, determina el color de la luz.
Mientras que todos los diodos liberan luz, la mayoría no lo hace eficientemente. En un diodo ordinario, el material de silicio por si mismo termina por absorber una gran parte de esta energía de la luz, los LEDS están especialmente construido para liberar un gran número de fotones hacia fuera. Adicionalmente se empacan en un bulbo plástico que concentra la luz en una dirección en particular, como puedes ver en la figura 6, la mayor parte de la luz rebota en las paredes del bulbo viajando hasta el final redondeado.
Figura 6.
Los LEDS tienen algunas ventajas sobre las lámparas incandescentes. Por ejemplo no tienen un filamento que se queme, por lo que duran más. Adicionalmente su empaquetado de bulbo plástico los hace mucho más durables. Y también se adaptan mejor en la electrónica moderna.
Pero la ventaja principal es la eficiencia. En las lámparas incandescentes convencionales, el proceso de producción de la luz envuelve la generación de una gran cantidad de calor (el filamento debe de ser calentado). Esta es una completa perdida de energía, a menos que estés usando la lámpara como calefactor, dado que una gran porción de la electricidad disponible no va a producir luz visible. Los LEDS generan muy poco calentamiento, relativamente hablando. Un porcentaje mucho mayor de potencia eléctrica va directamente a la generación de luz, lo cual reduce considerablemente la demanda de la electricidad.
Hasta hace poco, los LEDS eran demasiado caros para ser usados en las aplicaciones de iluminación, eran construidos en materiales de avanzada. Actualmente el precio de los semiconductores se ha reducido, haciendo de los LEDS una opción de iluminación más efectiva en costo para una gran variedad de situaciones. Mientras que pueden ser mas caros que las lámparas incandescentes, sus costos en el largo plazo los hacen una mejor compra. En el futuro tendrán un rol aun más grande en el mundo de la tecnología.
Los LEDS aun son populares (... y se están mejorando) después de todos estos años.
Introducción
En los años recientes algunos artículos se han enfocado sobre las nuevas tecnologías de displays. Estos han cubierto la explosión de los paneles de color LCD de TFT de siempre incrementando el tamaño de las pantallas de las laptop, los PDP (paneles display de plasma) para televisión de alta definición reemplazando los CRT, los LED polímeros (PLED) o los displays de leds orgánicos (OLED) para los pequeños juegos, celulares y PDAS.
Esta sección discute 35 años de tecnología en displays que por si misma ha cambiado rápidamente – El LED. Este resumen general cubre los orígenes del LED, sus aplicaciones tradicionales y como las mejoras de la tecnología han estimulado la creación de nuevas aplicaciones.