¿Qué es un Semiconductore de Tipo N?
¿Qué es un semiconductor de tipo N?
Definición de semiconductor de tipo N
Un semiconductor de tipo N se define como un tipo de semiconductor que ha sido dopado con impurezas pentavalentes para aumentar su conductividad al agregar electrones libres.
Antes de entender qué es un semiconductor de tipo N, debemos centrarnos en la ciencia atómica básica. Los átomos buscan tener ocho electrones en su órbita más externa, conocidos como electrones de valencia. No todos los átomos logran esto, pero todos aspiran a alcanzar esta configuración estable.
Los electrones en la órbita más externa de un átomo se llaman electrones de valencia. Si la órbita más externa de un átomo no tiene ocho electrones, entonces habrá tantas vacantes como la falta de electrones en la órbita. Estas vacantes están siempre listas para aceptar electrones para completar ocho electrones en la órbita más externa del átomo.
Los semiconductores más comúnmente utilizados son el silicio y el germanio. El silicio tiene 14 electrones dispuestos como 2, 8, 4, mientras que el germanio tiene 32 electrones dispuestos como 2, 8, 18, 4. Ambos semiconductores tienen cuatro electrones en su órbita más externa, dejando vacantes para cuatro electrones más.
Cada uno de los cuatro electrones de valencia en el silicio o el germanio forma un enlace covalente con átomos vecinos, llenando las vacantes. Idealmente, todos los electrones de valencia en un cristal de semiconductor están involucrados en enlaces covalentes, por lo que no debería haber electrones libres en el cristal.
Pero esto no es el caso real. A 0o Kelvin absoluto no habría ningún electrón libre en el cristal, pero cuando la temperatura aumenta desde el cero absoluto hasta la temperatura ambiente, varios electrones de valencia en los enlaces se excitan térmicamente y salen del enlace, generando una cantidad de electrones libres en el cristal. Estos electrones libres causan la conductividad de los materiales semiconductores a cualquier temperatura superior al cero absoluto.
Existe un método para aumentar la conductividad de los semiconductores a cualquier temperatura mayor que el cero absoluto. Este método se llama dopado. En este método, un semiconductor puro o intrínseco se dopa con impurezas pentavalentes como el antimonio, el arsénico y el fósforo. Estos átomos de impureza reemplazan algunos de los átomos de semiconductor en el cristal y ocupan sus posiciones. Como los átomos de impureza tienen cinco electrones de valencia en la órbita más externa, cuatro de ellos crearán enlaces covalentes con cuatro átomos de semiconductor adyacentes.
Un electrón de valencia del átomo de impureza no tiene la oportunidad de participar en el enlace covalente y se vuelve más débilmente unido con el átomo de impureza padre. A temperatura ambiente, estos electrones de valencia quinto, débilmente unidos, pueden salir de su posición debido a la excitación térmica.
Debido a este fenómeno, habrá un número considerable de electrones libres, pero aún así, hay rupturas de enlaces covalentes en el cristal debido a la excitación térmica a temperatura ambiente. Los electrones libres, además de los electrones libres creados debido a la ruptura de enlaces covalentes entre semiconductores y entre semiconductores e impurezas, causan el total de electrones libres en el cristal.
Aunque cada vez que se crea un electrón libre durante la ruptura de un enlace covalente entre semiconductores, se crea una vacante en el enlace roto. Estas vacantes se denominan huecos. Cada uno de estos huecos se considera como un equivalente positivo de un electrón negativo, ya que se crea debido a la falta de un electrón. Aquí, los electrones son los principales portadores de carga móvil. En un semiconductor de tipo N, habrá tanto electrones libres como huecos.
Pero el número de huecos es bastante menor que el de electrones, porque los huecos se crean solo debido a la ruptura de enlaces covalentes entre semiconductores, mientras que los electrones libres se crean tanto debido a los electrones de valencia quinto, débilmente unidos, de los átomos de impureza, como a la ruptura de enlaces covalentes entre semiconductores.
Por lo tanto, el número de electrones libres >> el número de huecos en un semiconductor de tipo N. Por eso, los electrones libres se llaman portadores mayoritarios, y los huecos, portadores minoritarios en un semiconductor de tipo N. Dado que los electrones cargados negativamente se involucran principalmente en la transferencia de carga a través de este semiconductor, se le denomina tipo negativo o semiconductor de tipo N. Aunque hay muchos electrones libres en el cristal, sigue siendo eléctricamente neutro, ya que el número total de protones y el número total de electrones son iguales.
