El silicio dopado tiene una carga neutral en general, pero dado que los portadores agregados adicionales solo están débilmente limitados (~ 45meV), se deslocalizan. Dado que la concentración de silicio es de 5 a 9 órdenes de magnitud mayor que la concentración de dopantes, las cargas deslocalizadas "pasan la mayor parte de su tiempo" alrededor del silicio, de modo que, hablando localmente, el silicio se carga (?).
Si es así, ¿por qué el silicio dopado no descarga esos portadores adicionales al contacto?
Los portadores de carga en exceso en la banda de conducción/valencia del silicio (deslocalizados de manera que alrededor de los átomos de silicio hay un ligero exceso de carga local) son neutralizados por la carga opuesta igual de los dopantes dispersos al azar.
Por lo tanto, la carga total sigue siendo cero, y esta es en realidad la única forma en que un cristal infinito puede tener una densidad de energía electrostática finita.
Habrá un flujo de corriente del silicio dopado a otro material, siempre que los niveles de Fermi entre los sistemas no sean iguales. Sin embargo, muy rápidamente habrá una acumulación de carga en el límite, y esto ajusta los niveles de Fermi (una capa de dipolo corresponde a un paso en el potencial electrostático).
Solo aclare más, todo esto es completamente diferente de agregar un exceso de carga al sistema. El sistema tiene que ser finito ahora para que esto funcione. La carga adicional (ya sea positiva o negativa) ahora estará ubicada en la banda parcialmente ocupada y, por lo tanto, puede moverse libremente (como en los metales). Esto sucede porque la respuesta será intrabanda, con una masa efectiva finita de valencia o banda de conducción. Por lo tanto, esta carga ahora estará ubicada en la superficie. Esta es la carga superficial que se descargaría al tocarla.
El dopaje introduce estados de energía permitidos dentro de la banda prohibida del material, y estos estados de energía están muy cerca de la banda de energía que corresponde al tipo de dopante.
Del artículo de Wikipedia sobre dopaje en semiconductores :
[ Por ejemplo ] las impurezas donantes de electrones crean estados cerca de la banda de conducción mientras que las impurezas aceptoras de electrones crean estados cerca de la banda de valencia.
La brecha entre estos estados de energía y la banda de energía más cercana se suele denominar energía de enlace dopante-sitio o E(b) y es relativamente pequeña.
Por ejemplo, la E(b) para el boro en silicio a granel es de 0,045 eV , en comparación con la banda prohibida del silicio de aproximadamente 1,12 eV.
Debido a que E(b) es tan pequeño, la temperatura ambiente es suficiente para ionizar térmicamente prácticamente todos los átomos dopantes y crear portadores de carga libres en las bandas de conducción o valencia .
De QuestionHub.net :
las cargas deslocalizadas "pasan la mayor parte de su tiempo" alrededor del silicio, de modo que, hablando localmente, el silicio se carga (?).
Entonces, la imagen de arriba no es correcta, ya que no se carga el silicio, las cargas están en la banda de conducción o en la banda de valencia y pueden actuar solo cuando algún potencial de contacto las impulsa a difundirse.
Otro efecto de los dopantes es que cambian las bandas de energía en relación con el nivel de Fermi .
De Wikipedia de nuevo:
La banda de energía que se corresponde con el dopante con mayor concentración termina más cerca del nivel de Fermi.
Por lo tanto, si se apilan capas de materiales con diferentes propiedades , se producen diversas características eléctricas inducidas por la flexión de la banda .
Por ejemplo, las propiedades de la unión pn se deben a la flexión de la banda en las regiones de contacto del material tipo p y tipo n.
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curioso