Me disculpo de antemano por no encontrar la respuesta yo mismo. Pasé un tiempo buscando en Google, pero solo pude encontrar algunas preguntas relacionadas pero ninguna respuesta directa a la mía. También debo agregar que no soy estudiante y estudio semiconductores en mi tiempo libre.
Me pregunto por qué los portadores mayoritarios en un semiconductor tienen tanta libertad de movimiento y no permanecen en la vecindad de los átomos dopantes.
Daré un ejemplo específico: un cristal de silicio dopado con fósforo. De hecho, el fósforo tiene un electrón adicional que puede servir como portador mayoritario, sin embargo, también contiene un protón más que atrae al electrón.
¿No significa eso que incluso si un electrón logra escapar lo suficientemente lejos como para que las fuerzas electrostáticas sean insignificantes, el protón adicional que no se mueve a ninguna parte constituiría una carga positiva local que atraería a otros portadores mayoritarios que pasan y eventualmente atraparía a uno de ellos?
También me imagino que la fuerza electrostática que atrae electrones al ion de fósforo debería ser mucho mayor en su proximidad directa que cualquier voltaje de polarización razonable aplicado a las terminales lejanas.
Con todo, desde la perspectiva de los electrones en exceso, la atracción hacia ese átomo dopante es aún mayor que la atracción hacia cualquier otro átomo. Pero no mucho más grande debido a los efectos de protección anteriores. Esto es evidente debido a que la brecha de banda ahora es más pequeña.
Para un buen átomo dopante coincidente, la brecha de banda se reduce al tamaño justo que coincide con la excitación que desea aplicar a su material. Si no se agrega energía, entonces esta atracción ligeramente mayor hará que los electrones se "peguen" a los dopantes en una concentración ligeramente mayor. Pero tan pronto como aparece una pequeña cantidad de, digamos, energía térmica o un fotón de baja energía o similar y agrega energía al material, entonces este exceso de electrones se "libera" fácilmente de esta débil atracción y se excita.
De hecho, el fósforo tiene un electrón adicional que puede servir como portador mayoritario, sin embargo, también contiene un protón más que atrae al electrón.
El nivel de energía asociado con el estado localizado alrededor del núcleo del fósforo está muy cerca del borde inferior de la banda de conducción (básicamente elegimos el fósforo como dopante porque los estados que proporciona se alinean muy bien de esta manera). Esto significa
Solo se necesita una pequeña excitación térmica para promover el electrón unido a la banda de conducción.
La energía está por encima de la energía de Fermi de los electrones en la red, por lo que es probable que el estado ligado esté desocupado.
Pero estas son realmente dos formas de decir lo mismo, ya que si el estado no está ocupado, la razón de ello es que el electrón se excitó térmicamente en la banda de conducción.
Si el estado está desocupado, entonces los únicos estados (si hicimos las cosas bien) a los que puede ir son los estados de la banda de conducción. Aunque los estados de la banda de conducción también están por encima del nivel de Fermi y, por lo tanto, es poco probable que estén ocupados, hay muchos más que estados ligados que la pequeña fracción de estados cb que están ocupados puede representar esencialmente todos los estados ligados. estando desocupado.
jon custer
usuario137289