Estoy en el proceso de aprender cómo funcionan los transistores, lo que comienza con la comprensión de cómo se usa el dopaje para crear materiales semiconductores tipo n y tipo p.
Todos los recursos que he leído explican esto de la misma manera, y me falta algo. Los semiconductores de tipo P tienen agujeros adicionales y están predispuestos a aceptar electrones, mientras que los semiconductores de tipo n tienen electrones libres adicionales y están predispuestos a donarlos. Este es el principio fundamental de cómo funcionan los transistores, tal como lo entiendo.
Pero todos los recursos enfatizan que, a pesar de esto, los semiconductores de tipo n y tipo p son eléctricamente neutros, que es donde estoy perdido. Si uno tiene electrones extra y al otro le faltan electrones, ¿cómo son eléctricamente neutros y no cargados? Parece que tengo un bloqueo sobre esto o algo así, simplemente no lo entiendo.
Tomemos el silicio como ejemplo. El silicio tiene cuatro electrones de valencia y los átomos de silicio en una red cristalina forman cuatro enlaces con los átomos vecinos.
Los transistores y otros semiconductores están hechos de cristal de silicio con pequeñas cantidades de dopantes añadidos. Estos dopantes cambian las propiedades eléctricas debido a la forma en que interactúan con la red cristalina. El fósforo, por ejemplo, tiene 5 electrones de valencia. Todavía es eléctricamente neutro (número de protones = número de electrones), pero dado que la estructura cristalina de silicio solo requiere 4 enlaces por átomo, hay un electrón 'extra' que realmente no participa en la estructura cristalina. Con un poco de energía adicional, ese electrón irá a la banda de conducción y deambulará libremente por la red cristalina. Esto corresponde a un semiconductor de tipo n.
Existe un proceso similar para los semiconductores de tipo p: el boro, por ejemplo, solo tiene 3 electrones de valencia.
Aquí se puede encontrar una buena respuesta, tomada desde un punto de vista físico.
Los términos dopado de tipo n y tipo p solo se refieren a los portadores de carga mayoritarios. Cada portador de carga positiva o negativa pertenece a un dopante fijo con carga negativa o positiva.
Los materiales de tipo p y n NO tienen carga positiva ni negativa.
Un material de tipo n por sí mismo tiene principalmente portadores de carga negativa (electrones) que pueden moverse libremente, pero sigue siendo neutral porque los átomos donantes fijos, habiendo donado electrones, son positivos.
De manera similar, el material de tipo p en sí mismo tiene principalmente portadores de carga positiva (agujeros) que pueden moverse con relativa libertad, pero aún es neutral porque los átomos aceptores fijos, que tienen electrones aceptados, son negativos.
https://physics.stackexchange.com/questions/81488/how-can-doped-semiconductor-be-neutral
El semiconductor tiene carga libre (electrones y huecos) y carga inmóvil (electrones de banda inferior, protones nucleares y donantes y aceptores ionizados).
Cuando un donante (por ejemplo) se ioniza, crea un electrón libre, pero también crea un átomo donante ionizado positivamente. La carga del electrón libre y el donante ionizado son iguales y opuestas. Entonces, mientras el electrón no vaya a ningún lado, la carga neta sigue siendo cero.
No siempre son eléctricamente neutros.
Un semiconductor de tipo n tiene un exceso de electrones "libres", electrones que pueden moverse libremente en el semiconductor (muy similar a los electrones en un metal). Estos electrones son 'donados' por impurezas donantes inmóviles dopadas en el semiconductor.
Si imaginas partir de ese estado, entonces el resultado sigue siendo neutral. Sin embargo, dado que los electrones pueden moverse, tienden a difundirse lejos de las regiones de alta concentración. Si conecta otro material (por ejemplo, tipo p) al tipo n (formando una unión pn), los electrones se difundirán desde la región de alta concentración a la región de baja concentración. Esto no continuará para siempre (a menos que tenga una fuente de alimentación conectada), porque al salir de la región de tipo n, dejan una carga + atrás. Esto crea un campo eléctrico restaurador y, en algún momento, este campo restaurador equilibrará el proceso de difusión y se obtendrá un equilibrio. Los detalles de esto dependen de los materiales, el dopaje y la temperatura, así como cualquier voltaje externo aplicado entre los 2 materiales que forman la unión pn.
Dado que (comenzando desde neutral), los electrones (carga negativa) han dejado la región de tipo n, se cargará netamente positivamente y el tipo p se cargará negativamente. De manera similar, los agujeros ('antielectrones') del tipo p se difunden hacia el tipo n, cargándolo aún más positivamente.
Ocurriría un comportamiento similar si conectara un tipo n fuertemente dopado a uno ligeramente dopado (de hecho, ocurre cada vez que hay un gradiente de concentración (o temperatura)).
El material en su conjunto no está cargado (solo polarizado), pero si lo conecta a otro conductor (por ejemplo, un cable), la carga se moverá entre la nube de electrones libres en el cable y el semiconductor, poniendo una carga negativa neta en él. Aunque es pequeño, en principio podría detectarse observando fuerzas electrostáticas. No se puede medir (p. ej.) conectando un voltímetro al semiconductor y al metal porque las cargas también fluirían hacia los cables del voltímetro, anulándose exactamente y sin dejar voltaje neto. Si de hecho hubiera una diferencia de temperatura, podría medir un voltaje: este es el efecto Seebeck (termopar).
Versión sencilla:
Cuando el dopaje n agrega fósforo, en realidad estamos agregando un ion de fósforo positivo , más un electrón móvil.
Cuando se dopa p agregando boro, en realidad estamos agregando un ion de boro negativo , así como un "agujero" móvil.
Tipo de serpiente venenosa
akhmed