En semiconductores de tipo n, ¿cuándo se consideran iones positivos los átomos dopantes?

Considere una pieza pura de semiconductor de silicio. Digamos que lo dopamos con fósforo. El electrón adicional en la capa más externa del fósforo está en su banda de conducción ya que no forma parte de ningún enlace.

Mi pregunta es sobre el estado del átomo de fósforo dopante. ¿Cuándo se considera un ion positivo? ¿Cuando su electrón libre entra en su banda de conducción o cuando se aplica un campo E y ese electrón se mueve?

Respuestas (1)

En el cristal de silicio, cuando el dopante se implanta (o se difunde), pierde su electrón 'inmediatamente': el electrón puede desplazarse fácilmente alrededor del cristal (con energía térmica).

A temperaturas muy bajas, puede que no haya suficiente energía térmica para ionizar el dopante y, en ese caso, una fracción de los átomos del dopante no se ioniza.

Cuando se aplica un campo E, los electrones libres pueden moverse con el campo. Por lo general, ya están 'zumbando' al azar debido a la energía térmica; el campo E solo les da un sesgo adicional en esa dirección.

Veo. Entonces, incluso en un semiconductor de tipo n, algunos átomos dopantes se ionizarán tan pronto como se produzca la implantación debido a la energía térmica. Y luego, cuando se aplica un campo electrónico, supongo que solo permite que se ionicen aún más átomos dopantes. La carga neta del material tipo N seguirá siendo 0.
No. Cuando se aplica un campo e, los portadores (ya libres) ahora comienzan a desplazarse en el campo. Solo cuando el campo e se vuelve muy fuerte, los portadores (ahora muy rápidos) comienzan a ionizar los átomos de silicio y generan más portadores libres.
De acuerdo. ¿Entonces los átomos dopantes esencialmente pierden su electrón extra casi inmediatamente después de la implantación y se convierten en iones positivos?
Sí. La implantación es muy energética (100 kV de energía): los dopantes implantados ya están ionizados. Después de eso, hay un paso de recocido para reparar el daño en el cristal.
En semiconductores de tipo n, ¿cuándo se consideran iones positivos los átomos dopantes?
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