¿Por qué la corriente tiene que fluir en la misma dirección?

La batería suministra una parte de su energía química a los electrones que salen de ella. Estos electrones energizados pierden esta energía en el circuito exterior, cuando pasan por varios componentes electrónicos. Los electrones en un conductor simple chocan debido a su energía térmica.

Los electrones se mueven desde el terminal -ve de la batería al terminal +ve. En un diodo con polarización inversa, los electrones se mueven de la región minoritaria (el lado p) a la región mayoritaria (el lado n) debido al campo eléctrico dentro del diodo que fuerza las cargas de su región minoritaria a su región mayoritaria.

La corriente se define como el número de cargas que pasan por unidad de área de conductor por segundo. Los electrones dentro de un conductor sin batería, sufren muchas colisiones pero su velocidad en promedio se puede considerar$0$y por lo tanto, no pueden producir corriente.

Pero cuando se une una batería a través del conductor, se establece un campo eléctrico en él. Incluso en presencia de este campo eléctrico, los electrones libres sufren muchas colisiones pero ahora su movimiento toma una cierta dirección. El movimiento real sigue siendo en zig-zag pero con cierta dirección. El elevado número de colisiones es responsable de su lenta velocidad de deriva.

Cuando el campo eléctrico comienza a acelerar el electrón, el electrón choca y pierde su energía cinética en forma de calor. Luego, el campo acelera al electrón nuevamente, pero el electrón vuelve a chocar y esto continúa.

Los electrones se desplazan a través del conductor y su velocidad, en presencia de un campo eléctrico, se denomina velocidad de deriva. Aunque la velocidad de deriva de los electrones es muy baja$( −0.000023 m/s)$se produce una gran corriente debido a su gran cantidad de cruces por unidad de área del conductor por segundo, que es aproximadamente$10^{23}$electrones

Todas las cargas no se mueven en la misma dirección. Es el efecto neto que vemos. Creo que te estás perdiendo el hecho de que se pensaba que la corriente convencional era el flujo de cargas positivas.

Consideremos un ejemplo (algo menos complejo que el ejemplo de diodo que ha mencionado)

Considere un elemento de área de un conductor y visualícelo en una dirección a lo largo de su plano. Que haya cargas positivas y negativas (sí, estos son electrones (para un conductor metálico) pero por el momento que sean cargas positivas y negativas ) a la izquierda y a la derecha del elemento. Si una carga +q fluye de izquierda a derecha, decimos que la corriente fluye de izquierda a derecha. Si fluyera de derecha a izquierda, la corriente fluiría de derecha a izquierda. Por una carga -qse dice que una corriente fluye de izquierda a derecha si se mueve de derecha a izquierda (el transporte de una carga negativa de derecha a izquierda puede visualizarse como el transporte de una cantidad igual de carga positiva de izquierda a derecha) y de manera similar la otra caso. Cuando decimos que una corriente I fluye de izquierda a derecha, se debe a una carga neta Q=+qq que atraviesa el elemento de área de izquierda a derecha (en el marco de tiempo que hemos elegido). Puede ser que no fluya carga negativa de derecha a izquierda. En tal caso, la corriente se debe únicamente a las cargas positivas. De manera similar, podría ser que ninguna carga positiva fluya de izquierda a derecha. En este caso, la corriente se debe a las cargas negativas que fluyen solo de derecha a izquierda. El caso más general asume el neto +qqfluye de izquierda a derecha (si la corriente fluye de izquierda a derecha).

Ahora, llegue a la parte de su pregunta en la que aborda un diodo con polarización inversa. ¿Quién dice que no hay corriente cuando la polarizas inversamente? ¡Hay una corriente! Pero es tan insignificantemente pequeña (en microamperios) en comparación con la corriente que obtenemos en la polarización directa (miliamperios) que podemos despreciarla y decir que no hay corriente en la polarización inversa. Piénsalo. Ambos difieren por un factor de 10³. La corriente en polarización inversa está limitada por el número de portadores de carga minoritarios presentes en cualquiera de las obleas de un diodo de unión.

Espero que eso aclare tu duda.

EDITAR

Causas de la minúscula corriente inversa.

(Perdón por la imagen de mala calidad. La he recortado de una captura de pantalla de una de las páginas de un libro electrónico que tenía. Ignora la W, eso estaba allí en otro contexto).

Puede ver que el diodo tiene polarización inversa. La polarización externa proporcionada por la batería establece un campo eléctrico que tiene la misma dirección que el producido por las regiones de carga espacial en la región de agotamiento. Ahora cualquier agujero en el lado n (recuerde que tanto los agujeros como los electrones existen en cualquier tipo (p o n) de un semiconductor dopado, solo que uno está en exceso) se movería hacia la región de empobrecimiento debido al campo debido a la batería. Si gana suficiente energía cinética para entrar en la región de la barrera, el campo lo empujará a su región de carga mayoritaria (es decir, el lado p). Similar es el caso con un electrón en el lado p. Una duda natural sería ¿por qué eso hace que la corriente sea pequeña? La respuesta a eso es el hecho de que la concentración de portadores de carga minoritarios(electrones en tipo p y huecos en tipo n) es mucho menor que la concentración de portadores de carga mayoritarios (huecos en tipo p y electrones en tipo n). Dado que su concentración (de portadores de carga minoritarios) es mucho más pequeña, su flujo es mucho más lento.

Espero que eso sea un poco intuitivo para ti. Si no es así, he aquí una extraña analogía: diez personas saltando en un trampolín tienen más posibilidades de romperlo que una sola persona saltando sobre él. Se puede pensar que las diez personas aquí son las que causan la gran corriente (~miliamperios) en la polarización directa, mientras que se puede pensar que la persona soltera es la persona que causa una corriente insignificante (~microamperios) en la polarización inversa.