¿Por qué y cómo ocurren las averías en los diodos de polarización inversa?

¿Conoces las puertas que solo se abren en una dirección? Por lo general, tienen un letrero que dice “EMPUJAR” en el exterior. Algo como esto:

En su mayoría, se encuentran en lugares donde pretendemos que las personas se muevan solo en una dirección (por ejemplo, en el caso de un incendio, queremos que las personas usen la salida de incendios solo para SALIR del edificio y no entrar).

Ahora, considere un circuito eléctrico muy simple:

Tenemos una fuente (batería), una carga (resistencia) y una ruta de conexión entre los dos. La fuente proporciona energía al circuito, la carga consume esta energía (y con suerte hace algo útil como producir luz).

En un circuito de CC, la corriente siempre se moverá en una dirección, pero en un circuito de CA, la corriente invierte la dirección después de intervalos fijos (generalmente de 50 a 60 veces por segundo).

Digamos que por alguna razón, en nuestro circuito anterior, solo queríamos que la corriente a través de nuestra carga fuera de arriba a abajo y no de abajo a arriba. Lo que haríamos sería colocar un diodo en la ruta de la siguiente manera:

Nuestro diodo se comportaría como nuestra puerta unidireccional en las salidas de incendios. Permitiría que la corriente se mueva solo de arriba a abajo a través de la carga.

Ahora, volvamos a nuestra puerta de salida de incendios. ¿Serías capaz de abrir la puerta desde el exterior donde dice PUSH? Probablemente no se movería incluso si tres o cuatro hombres musculosos intentaran abrirlo. ¿Pero qué pasa si intentas abrir la puerta enganchándola a una grúa grande? La grúa probablemente sacaría la puerta de sus bisagras y la dañaría permanentemente. Con la puerta destruida, las personas ahora podrían moverse libremente a través de la puerta en ambas direcciones.

Esto es lo que le sucede a un diodo en descomposición. Aplicamos tanto potencial eléctrico a través del diodo en la dirección inversa (como la grúa que tira de la puerta PUSH) que la barrera dentro del diodo se rompe y la corriente ahora puede moverse en cualquier dirección a través del diodo.

Hay dos tipos de averías que suceden

1) Avalancha 2) Zener

Pero, ¿por qué suceden?

Porque a medida que aumenta el sesgo inverso, los cargos minoritarios siguen acelerándose.

A una velocidad particular, su energía es capaz de producir nuevos portadores al desalojarlos de su caparazón de valencia y producen nuevos portadores al desalojar más, creando una avalancha.

Para este tipo de avería, necesitamos un menor dopaje que mantenga su sesgo inverso más de aproximadamente 6 voltios

Si el dopaje es alto, entonces la polarización inversa podría no permanecer hasta 6 voltios y eventualmente resultará en una región de carga espacial más delgada y los portadores de carga se tunelizarán a través de la región de carga espacial y este tipo de ruptura se llama ruptura zener

Curiosamente, el diodo zener exhibe coeficiente de temperatura negativo y el diodo de avalancha exhibe coeficiente de temperatura positivo

Para un diodo típico, el mecanismo de ruptura también se denomina ruptura de avalancha. En polarización inversa por debajo del voltaje de ruptura, la corriente se debe a la generación de portadores (corriente de generación de recombinación) en la región de agotamiento y los portadores cruzan la región de agotamiento con la ayuda del campo eléctrico. Esto suele ser muy pequeño. Sin embargo, cuando la polarización inversa es lo suficientemente alta, el campo eléctrico hace que estos portadores se aceleren hasta un punto en que tengan suficiente energía para soltar a otros portadores; estos otros transportistas también obtienen suficiente energía para soltar aún más transportadores. Esta acción comienza con 1 portador y lo convierte en 2, luego en 4 … y se multiplican rápidamente como en una avalancha. Esa es la razón por la cual el desglose se llama desglose de avalanchas y el mecanismo se llama multiplicación de avalanchas.

Cuando un diodo tiene polarización inversa, el terminal positivo está conectado al lado n de la unión y el terminal negativo está conectado a la unión p. Esto resulta en el dibujo de electrones hacia la unión n y agujeros hacia la unión p. Ahora hay algunos portadores minoritarios que están presentes en el diodo que conducen electricidad en el rango de microamperios. Ahora, si aumentamos el voltaje, los enlaces cerca de la unión comienzan a romperse, lo que produce un gran número de pares de agujeros de electrones que aumentan repentinamente la salida de corriente. Por lo tanto, el diodo se comporta como un conductor ordinario. Esto se llama desglose. Ahora hay dos formas de desglose que son desglose zener y desglose de avalanchas. Ambos tienen el mismo mecanismo de descomposición pero ocurren en dos tipos diferentes de diodos. La descomposición de Zener ocurre en diodos muy dopados con una pequeña capa de agotamiento, mientras que la ruptura de avalancha ocurre en diodos moderadamente dopados con una capa de agotamiento más grande.