Este mes, vamos a hablar de un tema muy de moda: los LED. Cada semana presentaremos un pequeño artículo para explicar algo de estos dispositivos muy presentes en nuestra vida. El primer artículo tiene como objetivo explicar lo que es un LED y, sobre todo, como funciona, intentando utilizar un lenguaje adaptado para la comprehensión de todos.
Un LED (del inglés, Light-Emitting Diode – Diodo Emisor de Luz) es un semiconductor que emite luz cuando está activado al aplicar un voltaje entre sus dos bornes.
La imagen a continuación describe el semiconductor utilizado para producir un LED. Este semiconductor tiene dos zonas distintas: una zona llamada p y otra zona llamada n. Las zonas p y n están hechas del mismo material pero están dopadas de forma diferente como se explica a continuación.
La zona de tipo p es una zona de semiconductor que tiene una mayoría de huecos (un hueco es la ausencia de un electrón en la banda de valencia que estuviera llena de electrones si no fuera por la presencia de este hueco) mientras la zona de tipo n tiene una mayoría de electrones. Al unir estas dos zonas, un fenómeno de difusión aparece alrededor de la interfaz: los huecos de la zona p se quieren mover hacia la región n y, al contrario, los electrones se quieren mover de la zona n a la zona p. Estos movimientos resultan en la aparición de un campo eléctrico en la llamada zona de carga, alrededor de la interfaz entre los dos materiales. Estos dos procesos (la difusión de electrones y el campo eléctrico) se contrarrestan y se establece un estado de equilibrio entre ambos. El campo eléctrico (que es debido a una diferencia de potencial entre las dos zonas) es característico del material utilizado (por ejemplo, el silicio tiene una diferencia de potencial de 0,7V mientras él del germanio es de 0,3V). La anchura de la zona de carga en equilibrio suele ser de unos 0,5 µm.
Cuando una unión pn está polarizada en inversa (es decir que el polo positivo está conectado a la zona n y el negativo a la zona p), los huecos de la zona p tienden a alejarse de la zona de carga, al igual que los electrones de la zona n con la consecuencia de aumentar el tamaño de la zona de carga. La unión pn se comporta entonces como un material aislante, es decir, no conduce. Este es el caso contrario al de los LED, ya que estos dispositivos no están polarizados en inversa si no en directa.
Al polarizar la unión pn en directa (positivo conectado a la zona p y negativo a la zona n), los huecos de la zona p y los electrones de la zona n están “empujados” hacia la zona de carga que tiene como consecuencia una reducción de la misma. Los electrones llegan hasta la zona p del material y recombinan con los huecos. Esta recombinación da lugar a la emisión de fotones: al recombinarse con un hueco, un electrón pasa de un estado energético a otro más bajo y la diferencia de energía es liberada a través de un fotón. Es el principio de emisión de los LED.