NDC

La conductancia diferencial negativa (NDC) ocurre en ciertos semiconductores y dispositivos cuando un aumento en el voltaje aplicado produce una disminución en el flujo de corriente, lo opuesto al comportamiento resistivo normal. Este fenómeno contraintuitivo surge en materiales y estructuras donde los estados de energía internos o la dinámica de los portadores crean una región de resistencia negativa, medible como una pendiente negativa en la curva característica de corriente-voltaje.

La NDC se encuentra más comúnmente en diodos túnel, diodos túnel resonantes (RTD) y algunos diodos Gunn. En un diodo túnel, el efecto surge del tunelamiento cuántico a través de una unión p-n fuertemente dopada. A medida que aumenta la polarización directa, la corriente de tunelamiento inicialmente aumenta, pero luego disminuye a medida que la emisión termoiónica directa toma el control y la condición de resonancia del túnel se desalinea. Esto crea un valle distinto en la curva I-V entre las corrientes pico y valle, definiendo la región de conductancia negativa.

La ventana práctica para la operación de NDC es estrecha. Un diodo túnel de silicio típico podría exhibir conductancia negativa en un rango de voltaje de solo 0.1 a 0.3 voltios, con corrientes pico en el rango de miliamperios y corrientes valle sustancialmente más bajas. Los RTD llevan la operación al dominio de las microondas, con picos mucho más nítidos y pendientes negativas más pronunciadas, lo que los hace valiosos para osciladores de alta frecuencia y circuitos de conmutación donde los transistores convencionales tienen dificultades.

Estabilidad y limitaciones de aplicación

Los dispositivos que operan en la región NDC son inherentemente inestables en circuitos de voltaje constante, ya que cualquier perturbación que aumente la corriente reduce aún más la caída de voltaje a través del dispositivo, desestabilizando el punto de operación. Se debe incluir una resistencia en serie para proporcionar retroalimentación negativa y estabilizar el punto de polarización. Esta resistencia en serie también limita la magnitud máxima de conductancia negativa que se puede explotar sin oscilación.

La NDC se utiliza en osciladores controlados por voltaje, amplificadores en frecuencias de ondas milimétricas y como bloque de construcción para estructuras de cascada cuántica en física de estado sólido. El efecto ha disminuido en la electrónica de potencia convencional a medida que la tecnología de semiconductores convencional maduró, pero sigue siendo relevante en aplicaciones especializadas donde la fuerte no linealidad I-V y el rápido tiempo de respuesta ofrecen ventajas sobre los dispositivos activos convencionales.