¿Los semiconductores tipo N o tipo P muestran efecto eléctrico?

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:

¿Cómo es un semiconductor eléctricamente neutro?

El tipo n no tiene electrones adicionales . Tiene el mismo número de electrones negativos que los núcleos atómicos estáticos positivos. Lo que lo hace "tipo n" es que algunos electrones no están unidos a núcleos estáticos y, por lo tanto, pueden moverse libremente (y, por lo tanto, actúan como portadores de carga y conducen la corriente). La misma lógica se aplica también al tipo p.

Respuestas (3)

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 :

ingrese la descripción de la imagen aquí

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.

Gracias. Soy un nuevo ingeniero de software integrado. Recientemente estoy trabajando en un proyecto relacionado con MCU, circuitos, etc. Así que estoy usando el libro que mencioné para refrescar mis conocimientos sobre ingeniería eléctrica.
@smwikipedia Entonces definitivamente no necesita toda esa información, a menos que lo haga por curiosidad. Debe saber cómo se comportan los componentes en sus terminales, porque probablemente el firmware que va a escribir tendrá que "saber" cómo controlar los circuitos conectados a los pines de la MCU.
@smwikipedia Si puede permitírselo, le aconsejo que obtenga una copia de El arte de la electrónica . Una gran bestia pero muy bien escrita, y no necesitas leerlo todo, lee solo lo que necesitas. En particular, hay un buen capítulo sobre interfaces digitales (es decir, cómo conectar entradas/salidas lógicas digitales al resto del mundo) que parece ser lo que está buscando.
Tengo un presentimiento después de leer todas las respuestas. Valence bandy conduction bandparecen 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.
Muchas gracias. Su respuesta es muy informativa y también gracias por el libro (recibí una copia anoche :)). Tengo mucha curiosidad por la ingeniería eléctrica. Pero, desafortunadamente, cuando estaba de vuelta en la universidad, no comprendí completamente ese conocimiento debido a mi poca experiencia y práctica. Pero creo que nunca dejaré de enseñarme a mí mismo. Usted es un muy buen maestro. Gracias.
@smwikipedia Sí. Los electrones en la banda de valencia están relativamente fuertemente ligados a átomos específicos. Los electrones en banda de conducción no lo son. Pero, como dije, realmente no necesitas todo esto para comprender el comportamiento de los componentes. Es un nivel demasiado bajo para su tarea (déjeme usar una analogía: por lo general, no necesita saber cómo se implementa una tubería de CPU para escribir un complemento C para su navegador favorito).
@Sí, a veces los cursos universitarios se centran demasiado en los detalles de bajo nivel. Tal vez esto estaba bien hace 50 años, cuando los BJT estaban de moda y los circuitos integrados eran una tecnología relativamente joven. Ahora la tecnología ha cambiado demasiado. No todos los diseñadores de circuitos deben ser (y deberían ser, en mi opinión) expertos en microelectrónica. También podría ser engañoso: podría dar la falsa impresión de que, para diseñar, por ejemplo, un tablero de control de procesos industriales, necesita saber mucho sobre los semiconductores de tipo P y N.

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.

Gracias pero no lo entiendo. Si hay algunos electrones extra , ¿cómo puede ser neutral el material? ¿O todo el material sigue siendo neutral? Si es así, ¿qué significa el electrón extra?
Hay exactamente tantos electrones en el material como protones, pero hay demasiados o demasiado pocos para llenar la capa de valencia de los átomos.
El número de protones y electrones es igual. Los electrones no son realmente "extra", simplemente están "flotando" porque fueron forzados a un nivel de energía más alto debido a los enlaces del dopante. Todavía procedían de los átomos originales.
@BWalker Gracias. Entonces, para el escenario de electrones adicionales , creo que lo que realmente sucede es que el proceso de dopaje hace que la estructura del átomo sea menos estable. Sus electrones son algo estimulados por lo que son más fáciles de mover. Pero todavía no pueden llamarse literalmente electrones libres porque no pueden moverse libremente como en el metal. Así que supongo que por eso se llaman semiconductores . Espero haber entendido bien tu punto.
@BWalker Pero para el escenario de electrones faltantes , no sé cómo describirlo de manera similar
@smwikipedia: un agujero es solo un espacio en la capa de valencia que puede contener temporalmente un electrón a medida que pasa a través del material.