Un diodo semiconductor normalmente conduce la corriente en una sola dirección, como una puerta con resorte: en un sentido se abre fácilmente, en el otro se atasca. Pero si se satura el cristal con impurezas, la puerta empieza a comportarse de manera extraña: con voltaje inverso, la corriente no solo fluye, sino que se dispara. Estos diodos se llaman túnel porque se pensaba que los electrones atraviesan la barrera como fantasmas a través de una pared: eso es la tunelización cuántica.
Los autores del nuevo trabajo proponen otro mecanismo, más terrenal. Cualquier objeto cálido emite radiación infrarroja invisible — así funciona una cámara térmica. El semiconductor a temperatura ambiente también brilla en el infrarrojo. Y el dopaje fuerte crea muchos defectos en el cristal: átomos fuera de lugar, huecos. Estos defectos pueden absorber fotones infrarrojos y generar pares electrón-hueco, y la energía del fotón es suficiente para ello incluso si es menor que la anchura de la banda prohibida.
Los electrones y huecos así generados se encuentran cerca de la unión p-n, donde existe un campo eléctrico incorporado. Este campo los separa en direcciones opuestas, creando una corriente inversa. Con voltaje inverso, la región de la unión se expande, capturando más defectos, y la corriente aumenta. Y con un dopaje suficientemente fuerte, también se produce una multiplicación por avalancha de portadores — como una bola de nieve que rueda cuesta abajo y acumula cada vez más nieve. Como resultado, la corriente inversa aumenta bruscamente con el voltaje, y un diodo común adquiere las características de un diodo túnel.
Los autores subrayan que no niegan por completo la tunelización cuántica. En diferentes dispositivos, la contribución de uno u otro mecanismo puede ser mayor o menor. Pero la explicación propuesta mediante radiación infrarroja y defectos ofrece una imagen simple y clara que conecta las propiedades térmicas del cristal con su comportamiento eléctrico.
El diodo túnel fue inventado en 1957 y fue el primer dispositivo semiconductor en el que la tunelización cuántica se utilizó en la práctica. Ahora, quizás, su funcionamiento se explique sin este efecto.