¿Por qué un diodo o transistor no se vuelve neutral?

A medida que aprendemos que los diodos y los transistores están hechos de algunos materiales, y se llaman P o N según tengan electrones u orificios adicionales.

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Si hay electrones adicionales en el silicio de tipo n (dopado), ¿por qué no simplemente fluyen a través del suelo y la parte N se vuelve neutral? Y lo mismo es el lado P también. ¿Hay algo especial en la fabricación de ellos que mantenga esos huecos y electrones en el paquete y no permita que sean neutrales?

De hecho, se forma una región neutra en la unión entre el material P y N. El diodo encuentra un estado de menor energía si algunos de los electrones del lado N saltan y llenan los huecos en el lado P. Cuando un diodo tiene una base inversa, esta región neutra se ensancha, pero cuando tiene una polarización directa, desaparece. Hay un límite para la formación espontánea de la región neutra porque requiere una acumulación de carga. Cada electrón que salta para llenar un hueco deja atrás una carga neta positiva que actúa sobre él para atraerlo hacia atrás.

Respuestas (4)

Si hay electrones adicionales en el silicio de tipo n (dopado), ¿por qué no simplemente fluyen a través del suelo y la parte N se vuelve neutral?

La clave que se pasa por alto en su descripción de la unión pn es que cuando decimos que hay "electrones extra" en la región n, no estamos mencionando de dónde vienen. Estos electrones provienen de impurezas "donantes" en el cristal de silicio. Cuando estos átomos de impurezas ceden sus electrones, se cargan positivamente. Sin embargo, estos sitios de carga positiva no son móviles, por lo que no contribuyen a la conducción a través del diodo.

El equilibrio entre los electrones libres móviles y los sitios donantes inmóviles cargados positivamente en realidad le da a la región n una carga neutra en general.

De manera similar, en la región p, tenemos agujeros móviles cargados positivamente en equilibrio con sitios de impurezas aceptoras inmóviles cargadas negativamente.

Si todos los "electrones adicionales" se drenaran del lado n de la unión pn, la región n no quedaría neutral, quedaría con una gran carga positiva de los sitios donantes restantes.

Lo que estaba pensando era que si conecto el lado positivo de la batería al lado tipo N y el lado negativo al tipo P, todos los electrones fluyen hacia la batería desde el tipo N, y los electrones del lado negativo de la batería llenarán todos los agujeros en P- tipo, por lo que el diodo actuaría como un cable normal. Pero, según tengo entendido, hay algunas cosas especiales sobre el átomo de silicio y el proceso de dopaje que no permiten esto.
Esto es algo de lo que sucede. Pero después de tomar (algunos de) los electrones libres del lado n y llenar (algunos de) los agujeros en el lado p, todavía no hay forma de que la corriente fluya del lado p al lado n. Entonces no hay un circuito completo y la corriente está bloqueada. Que es exactamente lo que esperas de un diodo con polarización inversa. Pero lo que está imaginando muestra por qué un diodo pn con polarización inversa actúa como un condensador.

Un semiconductor dopado no tiene un exceso o un déficit de electrones, por lo que el semiconductor tiene carga eléctrica neta.

Más bien, por ejemplo, un semiconductor de tipo n tiene un exceso de electrones en la banda de conducción , es decir, electrones móviles, en comparación con un semiconductor puro a la misma temperatura. Esencialmente, la impureza hace que el semiconductor sea un buen conductor.

Así como no espera que los electrones de la banda de conducción en el cobre fluyan a tierra, no debe esperar lo mismo de un semiconductor dopado.

Habiendo dicho eso, hay otros factores a considerar, como la corriente de difusión, pero eso está, ejem, más allá del alcance de esta respuesta.

Están sucediendo un par de cosas adicionales. La carga neta en las regiones P y N sigue siendo cero (al menos cuando no forman parte de una unión PN), por lo que los electrones y los "agujeros" en la silicona de tipo P y N no son adicionales, simplemente no se sujetan con mucha fuerza y se desplazan fácilmente.

Sin embargo, sucede algo divertido cuando haces un cruce PN. Algunos de los electrones cerca de la unión se mueven para llenar los huecos. Esto se conoce como la región de agotamiento. Wikipedia tiene una mejor explicación de la que yo podría dar, así que aquí está el enlace: https://en.wikipedia.org/wiki/Depletion_region

No van a tierra porque la tierra es negativa y el tipo N también es negativo.

Cuando los electrones se mueven del tipo N al tipo P, se crean agujeros en el tipo N (los puntos donde solían estar los electrones). Dado que el tipo n generalmente está conectado a un lado negativo, eso significa que hay más electrones dispuestos a llenar esos agujeros rápidamente. Luego, esos electrones ven los espacios en el tipo p (agujeros), y corren hacia ellos, creando agujeros en el tipo n... y esto se repite.

Hasta donde yo sé, la tierra es neutral, no negativa. Por lo tanto, sí, los electrones adicionales deberían fluir hacia la tierra, para que pueda ser neutral. Pero no está sucediendo.
Cuando digo negativo, me baso en tu descripción de dónde van los electrones a tierra. El potencial de tierra se considera 0V. Si su circuito contiene todos los voltajes positivos, entonces la tierra se considera negativa. Debería haber sido claro en eso.
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