Estoy leyendo el libro Ingeniería eléctrica 101 . Es un libro de conceptos básicos para no tan novatos.
Contiene la siguiente descripción en el Capítulo 3:
Un diodo está hecho de dos tipos de semiconductores unidos. Se conocen como tipo P y tipo N. Se crean mediante un proceso llamado dopaje... Algunos dopantes crean una estructura de tipo N en la que hay algunos electrones adicionales que simplemente pasan el rato sin tener a dónde ir. Otros dopantes crearán una estructura de tipo P en la que faltan electrones , también llamados huecos.
Entonces, si tengo una pieza de semiconductor tipo P o tipo N en mi mano, ¿muestra algún efecto eléctrico? Digo, ¿campo electrostático?
Y una pregunta similar:
La sección que cita es engañosa. Como ya dijo Ignacio, los átomos tanto en los semiconductores de tipo P como de tipo N son neutros. La diferencia radica en la distribución de electrones entre la banda de valencia y la banda de conducción.
En palabras simples: en los semiconductores de tipo N hay un exceso de electrones que pueden moverse con relativa libertad en la mayor parte del cristal.
Para los semiconductores de tipo P, la situación es inversa, hay menos electrones libres que en un cristal intrínseco (es decir, sin dopar). Esto también mejora la conducción, aunque parezca contradictorio, ya que esos electrones "faltantes" dejan "agujeros" en la banda de valencia que pueden moverse como si fueran cargas positivas.
En resumen: el dopaje mejora la conductividad del cristal alterando el equilibrio de los electrones libres con respecto al cristal intrínseco, no poniendo más o menos cargas en el cristal mismo.
Tenga en cuenta que lo que expliqué en términos básicos se explica rigurosamente solo por la física cuántica aplicada a la estructura cristalina. No es un tema fácil. Creo que incluso muchos cursos de pregrado en electrónica en todo el mundo no profundizan demasiado en ese tema. Incluso el concepto de valencia y banda de conducción no puede explicarse cuantitativamente sin fórmulas obtenidas de la física cuántica.
No sé tus objetivos, pero si eres un entusiasta de la electrónica o un estudiante de pregrado(*), por lo general no necesitas entender mucho más el tema para diseñar circuitos electrónicos y comprender el comportamiento externo de los componentes electrónicos.
(*) a menos que pretenda convertirse en diseñador de circuitos integrados, en ese caso debe saber muy bien cómo se comportan los componentes "dentro del chip".
Por cierto, impulsado por sus comentarios a la respuesta de Ignacio, agregaré algunos puntos adicionales: los semiconductores se llaman así porque la conductividad de los cristales intrínsecos es intermedia entre los aislantes y los metales, pero los semiconductores dopados pueden tener muy alta conductividad (especialmente de tipo N unos).
Como ejemplo, considere un MOSFET de potencia en su estado ENCENDIDO: puede alcanzar una resistencia entre el drenaje y la fuente de unos pocos miliohmios, ¡justo el tipo de nivel de resistencia de los contactos de un relé común, que están hechos de metal!
Ver, por ejemplo, la hoja de datos del IRF3709 :
Además, los electrones libres se llaman así porque son libres como lo son en un metal: están en banda de conducción y eso significa que pueden moverse libremente por todo el enrejado cristalino, como en un metal. No están unidos a un átomo específico.
Valence band
y conduction band
parecen ser 2 cosas opuestas. Si un electrón está en la banda de valencia, no puede moverse libremente. Si un electrón está en banda de conducción, puede moverse libremente.Algunos dopantes crearán una estructura de tipo N en la que hay algunos electrones adicionales simplemente pasando el rato sin ningún lugar adonde ir. Otros dopantes crearán una estructura de tipo P en la que faltan electrones, también llamados huecos.
Una mejor manera de afirmar esto es que un semiconductor de tipo n tiene electrones móviles adicionales , y un semiconductor de tipo p tiene un déficit de electrones de valencia. Como señalan las otras respuestas, la estructura en su conjunto (considerando los electrones de la banda de conducción y la banda de valencia, los electrones enlazados en las bandas inferiores, los protones nucleares y los sitios de impurezas ionizados y unionizados) es eléctricamente neutra.
Por qué un déficit de electrones en la banda de valencia produce un efecto idéntico a un portador cargado positivamente llamado hueco es un tema un poco complicado. Pero como analogía, puede considerar que cuando una burbuja de aire fluye hacia arriba en un charco de agua, hay un flujo neto de agua hacia abajo correspondiente.
No, ya que los propios átomos del material son neutros. Los electrones adicionales o huecos son portadores que permiten que fluya una corriente cuando se aplica un voltaje al material.
akhmed