Diodo de cuatro capas

El diodo de cuatro capas fue desarrollado por el físico estadounidense William Bradford Shockley (1910-1989), tras abandonar los Laboratorios Bell y fundar Shockley Semiconductor. Fueron fabricados por Clevite-Shockley. Shockley fue uno de los descubridores del transistor, por el que obtuvo el Premio Nobel de Física en 1956.

Te sugerimos leer el artículo asociado «Diodo Electrónico».

El diodo de cuatro capas o diodo Shockley es un dispositivo compuesto por cuatro capas semiconductores npnp, cuya estructura y símbolo se describen en las siguientes figuras. Esencialmente es un dispositivo
interruptor.

Al aplicar un tensión positiva entre ánodo y cátodo se puede observar que la unión J1 y J3 está polarizada en directa, y la unión J2 polarizada en inversa. En estas condiciones únicamente circula una corriente muy baja (despreciable) y el dispositivo se encuentra cortado.

Aumentando esta tensión positiva se llega a una tensión V de ruptura o avalancha donde la corriente crece de forma abrupta y la caída de tensión decrece de la misma manera. En este momento, el diodo ha conmutado desde el estado de bloqueo a conducción.

Una manera sencilla de entender el funcionamiento de este diodo consiste en separar su estructura física en dos mitades (figura a). La mitad izquierda es un transistor NPN y la mitad derecha PNP, resultando el circuito mostrado en la figura b, que normalmente es referido como candado.

Las características eléctricas de un diodo de cuatro capas se muestran en la gráfica anterior. En esta gráfica, se pueden identificar dos zonas y cuatro regiones de operación:

Partes del diodo de cuatro capas

Zona directa (V > 0)

Región de corte. El diodo se encuentra en corte con unas corrientes muy bajas. En esta región se puede modelar como una resistencia R_OFF de valor.

R_OFF = V_BO / I_BO

Región de resistencia negativa

Cuando la tensión entre ánodo y cátodo es suficientemente alta se produce la ruptura de la unión con un incremento muy elevado en corriente comportándose el diodo como si fuera una resistencia negativa debido a la re alimentación positiva de su estructura.

Región de saturación o conducción

En esta región, la caída de tensión entre ánodo y cátodo está comprendida entre 0.5V y 1.5V, prácticamente independiente de la corriente. Se mantendrá en este estado siempre que la tensión y corriente alcancen unos valores mínimos conocidos como niveles de mantenimiento definidos por VH e IH.

Zona inversa (V <0 )

Región de ruptura. El diodo puede soportar una tensión máxima inversa V_RMS que superado ese valor entra en conducción debido a fenómenos de ruptura por avalancha.