Comprensión de la unión PN del diodo

Un agujero no es el resultado de que un átomo de carga neutra pierda un electrón. Se crea un agujero cuando un átomo "aceptor" se encuentra en un cristal de silicio, pero ese átomo no tiene tantos electrones disponibles para unirse como los átomos de silicio. Los átomos de silicio se unen compartiendo un par de electrones, cada átomo aporta un electrón al enlace. El átomo aceptor deja un enlace sin llenar, y es ese enlace sin llenar el que constituye el hueco. Tenga en cuenta que aunque este agujero existe, los átomos son completamente neutros en carga. Es fácil que un electrón errante se atasque en el agujero, y cuando eso sucede, el átomo aceptor en realidad tiene un electrón más de lo que normalmente tendría... por lo que se ha convertido en un ion negativo. El electrón capturado vino de alguna parte... algún átomo que también era previamente de carga neutra... así que ese átomo se ha convertido en un ion positivo.

A medida que los huecos se llenan de electrones descarriados, el campo electrónico aumenta en fuerza hasta que evita cualquier movimiento de electrones. En este punto se ha creado la región de agotamiento. Esta región está agotada de portadores de carga libres (móviles), pero los átomos de impurezas (que no son de silicio) están ionizados.

He mencionado el silicio, pero se puede hacer lo mismo con otros materiales, como el germanio y el arseniuro de galio.

No estoy seguro de lo que me estoy perdiendo aquí... ¿Por qué hay iones positivos y negativos en la región de agotamiento?

Joe ofrece una buena descripción general de cómo se crea un hueco cuando un átomo aceptor captura un electrón que anteriormente se movía libremente en la banda de valencia. De manera similar, se crea un electrón de banda de conducción cuando un átomo donante libera un electrón en la banda de conducción.

Supongo que lo que te estás perdiendo en esto es que el aceptor es un átomo de impureza en el cristal y está fijo en su ubicación (a menos que comencemos a hablar sobre las temperaturas extremadamente altas que se usan durante el proceso de difusión para realmente obtener el átomos de impureza en el cristal en primer lugar). Mientras que el agujero es libre de moverse. Entonces, el agujero puede ser empujado por el campo incorporado de la unión, pero el aceptor (ahora un ion con carga negativa) está atascado donde está.

Pensé que habría iones de carga neutra.

La palabra "ion" significa un átomo con una carga neta positiva o negativa. Si no estuviera cargado de una forma u otra, simplemente lo llamaríamos un "átomo" y no un ion.

Entonces, ¿por qué los aceptores se convierten en iones en lugar de permanecer neutrales?

Una forma de verlo es que las estadísticas de Fermi-Dirac nos dicen cuál es la probabilidad de que un estado en particular se llene con un electrón en un momento en particular. Dado que los átomos aceptores, por la razón que sea, proporcionan estados que están cerca del borde de la banda de valencia (y, por lo tanto, por debajo del nivel de Fermi), esos estados terminarán llenándose más del 50% del tiempo.