¿Por qué la corriente de un diodo de silicio crece de golpe después de unos 0,7 V?

La exponencial de la ecuación de Shockley empieza a dominar cuando V supera η·(kT/q) (kT/q ≈ 26 mV a temperatura ambiente). En el silicio, el potencial de contacto y la exponencial dan una zona de «encendido» alrededor de 0,6–0,7 V: no es un umbral rígido, sino un tramo de crecimiento rápido.

¿Qué es el factor de idealidad η y por qué no siempre vale 1?

η = 1 corresponde a la difusión ideal de portadores en las regiones neutras. La recombinación y la generación en la capa de agotamiento dan otra dependencia del voltaje, así que para ajustar la I-V se toma η entre 1 y 2.

¿Cómo afecta la temperatura al diodo?

La corriente inversa de saturación I_0 crece con T casi de forma exponencial por la generación térmica de pares. Al mismo tiempo sube V_T = kT/q y la exponencial se aplana. A V directa fija, la corriente suele crecer con la temperatura: eso importa para la estabilidad térmica del circuito.

¿Conduce el diodo en polarización inversa?

Sí, poco: la ecuación de Shockley da una corriente cercana a −I_0 cuando el voltaje inverso supera unos cuantos kT/q. Es difusión de portadores minoritarios. La ruptura (Zener o avalancha) no entra en el modelo.

Unión p-n y diodo

Diagrama de bandas de energía y característica I-V según la ecuación de Shockley; factor de idealidad, temperatura y escala de I₀.

Sobre el modelo

La unión p-n forma una región de agotamiento y un potencial de contacto: las bandas se curvan y los portadores mayoritarios encuentran una barrera. La polarización directa baja la barrera y abre la corriente de difusión; la inversa la sube y deja una corriente de saturación pequeña. La corriente la da la ecuación de Shockley I = I_0 [exp(qV/(η kT)) − 1], donde η es el factor de idealidad e I_0 la corriente inversa de saturación. Al cambiar η, T y la escala de I_0 se ven la pendiente de encendido, el corrimiento de la I-V y el voltaje típico de conducción del silicio, unos 0,6–0,7 V. No hay resistencia serie, ruptura ni recombinación en la región de agotamiento más allá de η.

Para quién: Facultad: física de semiconductores y electrónica; bachillerato — característica I-V del diodo.

Conceptos clave

ecuación de Shockley
factor de idealidad
corriente inversa de saturación
diagrama de bandas de energía
región de agotamiento
potencial de contacto
polarización directa

Cómo funciona

Ecuación de Shockley I = I_0 (e^{V/(η V_T)} − 1), V_T = kT/q. La polarización directa estrecha la región de agotamiento en el esquema de bandas; la inversa la ensancha; la corriente tiende a −I_0. En pantalla, el cuadro de bandas y la I-V con los η, T e I_0 elegidos.

Fórmulas principales

I = I₀ (e^{V/(nV_T)} − 1)

Preguntas frecuentes

¿Por qué la corriente de un diodo de silicio crece de golpe después de unos 0,7 V?: La exponencial de la ecuación de Shockley empieza a dominar cuando V supera η·(kT/q) (kT/q ≈ 26 mV a temperatura ambiente). En el silicio, el potencial de contacto y la exponencial dan una zona de «encendido» alrededor de 0,6–0,7 V: no es un umbral rígido, sino un tramo de crecimiento rápido.
¿Qué es el factor de idealidad η y por qué no siempre vale 1?: η = 1 corresponde a la difusión ideal de portadores en las regiones neutras. La recombinación y la generación en la capa de agotamiento dan otra dependencia del voltaje, así que para ajustar la I-V se toma η entre 1 y 2.
¿Cómo afecta la temperatura al diodo?: La corriente inversa de saturación I_0 crece con T casi de forma exponencial por la generación térmica de pares. Al mismo tiempo sube V_T = kT/q y la exponencial se aplana. A V directa fija, la corriente suele crecer con la temperatura: eso importa para la estabilidad térmica del circuito.
¿Conduce el diodo en polarización inversa?: Sí, poco: la ecuación de Shockley da una corriente cercana a −I_0 cuando el voltaje inverso supera unos cuantos kT/q. Es difusión de portadores minoritarios. La ruptura (Zener o avalancha) no entra en el modelo.

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