Què és un Semiconducteur de Tipus N?

Què és un semiconducteur de tipus N?

Definició de semiconducteur de tipus N

Un semiconducteur de tipus N es defineix com un tipus de semiconducteur que s'ha dopat amb impuretes pentavalents per augmentar la seva conductivitat afegint electrons lliures.

Abans de comprendre què és un semiconducteur de tipus N, hauríem de centrar-nos en la ciència atòmica bàsica. Els àtoms tenen com a objectiu tenir vuit electrons a la seva òrbita més externa, coneguts com a electrons de valència. No tots els àtoms ho aconsegueixen, però tots es troben en un esforç per arribar a aquesta configuració estable.

Els electrons a l'òrbita més externa d'un àtom es coneixen com a electrons de valència. Si l'òrbita més externa d'un àtom no té vuit electrons, hi haurà tantes vacances com la falta d'electrons en l'òrbita. Aquestes vacances estan sempre preparades per acceptar electrons per complir vuit electrons a l'òrbita més externa de l'àtom.

Els semiconductors més utilitzats són el silici i el germàni. El silici té 14 electrons disposats com 2, 8, 4, mentre que el germàni té 32 electrons disposats com 2, 8, 18, 4. Ambdós semiconductors tenen quatre electrons a la seva òrbita més externa, deixant vacances per quatre electrons més.

Cada un dels quatre electrons de valència en el silici o el germàni forma un enllaç covalent amb els àtoms veïns, omplint les vacances. Idealment, tots els electrons de valència en un cristall de semiconductors estan implicats en enllaços covalents, per tant, no hauria de haver-hi cap electron lliure al cristall.

Però això no és el cas real. A 0o Kelvin absolut no hi hauria cap electron lliure al cristall, però quan la temperatura augmenta des de zero absolut fins a temperatura ambient, nombrosos electrons de valència en els enllaços són excitarits tèrmicament i surten dels enllaços, generant un nombre d'electrons lliures al cristall. Aquests electrons lliures causen la conductivitat dels materials semiconductors a qualsevol temperatura superior a zero absolut.

Hi ha un mètode per augmentar la conductivitat dels semiconductors a qualsevol temperatura superior a zero absolut. Aquest mètode s'anomena dopatge. En aquest mètode, un semiconductors pur o intrínsec es dopa amb impuretes pentavalents com l'antimoni, l'arsènic i el fòsfor. Aquests àtoms d'impuretes reemplacen alguns dels àtoms de semiconductors en el cristall i ocupen les seves posicions. Com que els àtoms d'impuretes tenen cinc electrons de valència a l'òrbita més externa, quatre d'ells crearàn enllaços covalents amb quatre àtoms de semiconductors adjacents.

Un electron de valència de l'àtom d'impureta no té l'oportunitat de participar en enllaços covalents i es converteix en més lligat amb l'àtom d'impureta pare. A temperatura ambient, aquests electrons de valència de cinquè ordre, lligats de manera laxa, poden sortir de la seva posició degut a l'excitació tèrmica.

A causa d'aquest fenomen, hi haurà un nombre considerable d'electrons lliures, però encara hi haurà ruptures d'enllaços covalents en el cristall degut a l'excitació tèrmica a temperatura ambient. Els electrons lliures, a més dels electrons lliures creats degut a la ruptura d'enllaços covalents entre semiconductors i entre semiconductors i impuretes, causen el total d'electrons lliures al cristall.

Tot i això, cada vegada que es crea un electron lliure durant la ruptura d'un enllaç covalent entre semiconductors, es crea una vacància en l'enllaç trencat. Aquestes vacances s'anomenen forats. Cada un d'aquests forats es considera com l'equivalent positiu d'un electron negatiu, ja que es crea degut a la falta d'un electron. Aquí, els electrons són els portadors de càrrega mòbils principals. En un semiconducteur de tipus N hi haurà tant electrons lliures com forats.

Però el nombre de forats és bastant menor que el d'electrons, ja que els forats només es creen degut a la ruptura d'enllaços covalents entre semiconductors, mentre que els electrons lliures es creen tant degut als electrons de valència de cinquè ordre, lligats de manera laxa, dels àtoms d'impuretes com a la ruptura d'enllaços covalents entre semiconductors.

Per tant, el nombre d'electrons lliures >> el nombre de forats en un semiconducteur de tipus N. És per això que els electrons lliures s'anomenen portadors majoritaris, i els forats, portadors minoritaris en un semiconducteur de tipus N. Com que els electrons carregats negativament participen principalment en la transferència de càrrega a través d'aquest semiconductors, es fa referència a ell com a semiconductors de tipus negatiu o de tipus N. Encara que hi hagi molts electrons lliures al cristall, encara és neutre elèctricament, ja que el nombre total de protons i el nombre total d'electrons són iguals.