Que é un semiconductor tipo N

Que é un semiconductor de tipo N?

Definición de semiconductor de tipo N

Un semiconductor de tipo N defínese como un tipo de semiconductor que se dopa con impurezas pentavalentes para aumentar a súa conductividade ao engadir electróns libres.

Antes de entender o que é un semiconductor de tipo N, deberíamos centrarnos na ciencia atómica básica. Os átomos buscan ter oito electróns no seu órbita máis externo, coñecidos como electróns de valencia. Non todos os átomos logran iso, pero todos esforzánse por alcanzar esta configuración estable.

Os electróns no órbita máis externo dun átomo chámanse electróns de valencia. Se o órbita máis externo dun átomo non ten oito electróns, haverá tantas vacantes como a falta de electróns no órbita. Estas vacantes están sempre dispostas a aceptar electróns para completar oito electróns no órbita máis externo do átomo.

Os semiconductores máis comúnmente utilizados son o silicio e o xermânio. O silicio ten 14 electróns dispostos como 2, 8, 4, mentres que o xermânio ten 32 electróns dispostos como 2, 8, 18, 4. Ambos os semiconductores teñen catro electróns no seu órbita máis externo, deixando vacantes para catro electróns máis.

Cada un dos catro electróns de valencia no silicio ou no xermânio forma unha ligazón covalente con átomos veciños, recheando as vacantes. Idealmente, todos os electróns de valencia nun cristal de semiconductores están implicados en ligazóns covalentes, polo que non debería haber electróns libres no cristal.

Pero isto non é o caso real. A 0º Kelvin absoluto non habría ningún electrón libre no cristal, pero cando a temperatura aumenta desde o cero absoluto ata a temperatura ambiente, varios electróns de valencia nas ligazóns son excitados térmicamente e saen da ligazón, xerando un número de electróns libres no cristal. Estes electróns libres causan a conductividade dos materiais semiconductores a calquera temperatura superior ao cero absoluto.

Hai un método para aumentar a conductividade dos semiconductores a calquera temperatura superior ao cero absoluto. Este método chámase dopado. Neste método, un semiconductor puro ou intrínseco é dopado con impurezas pentavalentes como o antimonio, o arsénico e o fósforo. Estos átomos de impureza substitúen algúns dos átomos de semiconductores no cristal e ocupan as súas posicións. Como os átomos de impureza teñen cinco electróns de valencia no órbita máis externo, catro deles crearán a ligazón covalente con catro átomos de semiconductores adxacentes.

Un electrón de valencia do átomo de impureza non ten a oportunidade de participar na ligazón covalente e torna-se máis lousamente ligado ao átomo de impureza pai. A temperatura ambiente, estes quinto electróns de valencia lousamente ligados poden saír da súa posición debido á excitación térmica.

Debido a este fenómeno, haverá un número considerable de electróns libres, pero aínda así, hai rupturas de ligazóns covalentes no cristal debido á excitación térmica a temperatura ambiente. Os electróns libres, ademais dos electróns libres creados debido á ruptura das ligazóns covalentes entre semiconductores e entre semiconductores e impurezas, causan o total de electróns libres no cristal.

Aínda que cada vez que se crea un electrón libre durante a ruptura dunha ligazón covalente entre semiconductores, crea unha vacante na ligazón rota. Estas vacantes denomínanse buracos. Cada un destes buracos considera como o equivalente positivo dun electrón negativo xa que se crea debido á falta dun electrón. Aquí, os electróns son os principais portadores de carga móbil. Nun semiconductor de tipo N, haverá tanto electróns libres como buracos.

Pero o número de buracos é bastante menor que o de electróns porque os buracos só se crean debido á ruptura das ligazóns covalentes entre semiconductores, mentres que os electróns libres se crean tanto debido ao quinto electrón de valencia non ligado dos átomos de impureza como á ruptura das ligazóns covalentes entre semiconductores.

Por tanto, o número de electróns libres >> o número de buracos nun semiconductor de tipo N. É por iso que os electróns libres chámanse portadores majoritarios, e os buracos, portadores minoritarios no semiconductor de tipo N. Como os electróns cargados negativamente están principalmente implicados na transferencia de carga a través deste semicondutor, denomínase semicondutor de tipo negativo ou N. Aínda que haxa moitos electróns libres no cristal, aínda é eléctricamente neutro xa que o número total de protóns e o número total de electróns son iguais.