¿Cómo difieren las impurezas del donante y del aceptor?

Answer 1

Pensé en escribir mi propia respuesta, pero encontré una buena en Google:

“Cuando agregamos una pequeña cantidad de impurezas en un semiconductor, la impureza contribuye con electrones libres o huecos al semiconductor. Como resultado, la propiedad conductora de los cambios de semiconductores. El proceso de cambiar la propiedad conductiva del semiconductor mediante la adición de impurezas se conoce como dopaje. Supongamos que en cualquier semiconductor de germanio o silicio puro o intrínseco se agrega cualquier impureza pentavalente. Las impurezas pentavalentes son aquellas que tienen átomos con cinco (5) electrones de valencia. Tan pronto como agreguemos la impureza al semiconductor, los átomos de la impureza reemplazarán algunos de los átomos del semiconductor en la estructura cristalina. Ahora, cuatro (4) de los cinco (5) electrones de valencia del átomo de impureza se unirán a cuatro átomos semiconductores vecinos, pero el quinto electrón no encontrará ningún lugar para ocupar. Este quinto electrón del átomo de impureza puede estar disponible como portador de electrones libres o carga negativa, incluso si se aplica una cantidad muy pequeña de energía. La energía requerida para separar este quinto electrón de su átomo padre está en el rango de 0.01 eV (electron volt) a 0.05 eV (electron volt). El antimonio, el fósforo y el arsénico son impurezas pentavalentes utilizadas habitualmente y comercialmente para un semiconductor.

Como las impurezas pentavalentes contribuyen o donan electrones al semiconductor, se denominan impurezas de donantes y, de manera similar, como estas impurezas aportan portadores de carga negativa en el semiconductor, a esto nos referimos como impurezas de tipo n . El semiconductor dopado con impurezas de tipo n se llama semiconductor de tipo n.

N – Tipo semiconductor

Cuando agregamos impurezas de tipo n o donante al semiconductor, el ancho de la brecha de energía prohibida en la estructura reticular se reduce. Debido a la adición de átomos donantes, los niveles de energía permitidos se introducen una pequeña distancia debajo de la banda de conducción como se muestra en la figura a continuación. Estos nuevos niveles permitidos son discretos porque los átomos de impurezas añadidos se colocan muy separados y, por lo tanto, su interacción es pequeña. En el germanio, el nivel de energía permisible discreto o la brecha de energía prohibida es de solo 0.01 eV (electronvoltio) y el del silicio es de 0.05 eV (electrón voltio) a temperatura ambiente. Por lo tanto, es predecible a temperatura ambiente el quinto electrón de todos los átomos donantes está en la banda de conducción. Por otro lado, el mayor número de portadores de carga negativa, es decir, electrones en el semiconductor, provoca la disminución de algunos agujeros. El número de agujeros por unidad de volumen en un semiconductor de tipo n es incluso menor que en la misma unidad de volumen de semiconductor intrínseco a la misma temperatura. Esto se debe al exceso de electrones, y habrá una mayor tasa de recombinación de pares de electrones que la de un semiconductor puro o intrínseco.

P – Tipo semiconductor

Si en lugar de impureza pentavalente, se agrega una impureza trivalente al semiconductor intrínseco, entonces en lugar de electrones en exceso habrá agujeros en exceso creados en el cristal. Porque cuando se agrega una impureza trivalente al cristal semiconductor, los átomos trivalentes reemplazarán algunos de los átomos semiconductores tetravalentes. Los tres (3) electrones de valencia del átomo de impureza trivalente formarán el enlace con tres átomos semiconductores cercanos. Por lo tanto, habrá una falta de un electrón en un enlace del cuarto átomo semiconductor vecino que contribuye en su totalidad al cristal. Dado que las impurezas trivalentes contribuyen con un exceso de agujeros al cristal semiconductor, y estos agujeros pueden aceptar electrones, estas impurezas se denominan impurezas aceptoras . Como los agujeros llevan virtualmente carga positiva, dichas impurezas se denominan impurezas de tipo positivo o tipo p y el semiconductor con impurezas de tipo p se llama semiconductor de tipo p .

Cuando se agregan impurezas trivalentes a un semiconductor, se crea un nivel de energía discreto justo por encima de la banda de valencia del semiconductor. Como la brecha entre el nivel de energía de valencia y el nuevo nivel de energía discreto creado por la impureza es bastante menor, el electrón puede migrar fácilmente al nuevo nivel de energía más alto con la ayuda de una pequeña cantidad de energía externa. Cuando un electrón migra a un nuevo nivel de energía, crea una vacante en la banda de valencia detrás de él, y esto contribuye a mantener el semiconductor.

Cuando agregamos una impureza de tipo n al semiconductor, habrá un exceso de electrones es un cristal, pero eso no significa que no haya ningún agujero. Debido a la naturaleza intrínseca del semiconductor a temperatura ambiente, siempre hay algunos pares de agujeros de electrones en el semiconductor. Debido a la adición de impurezas de tipo n, los electrones se agregarán a esos pares de electrones y también el número de agujeros redujo el exceso de recombinación por electrones en exceso. Por lo tanto, el número total de portadores de carga negativa o electrones libres será mayor que el de los agujeros en el semiconductor de tipo n. Es por eso que en los semiconductores de tipo n, los electrones se denominan portadores de carga mayoritarios, mientras que los polos se denominan portadores de carga minoritarios. De manera similar, en los semiconductores de tipo p , los agujeros se denominan portadores de carga mayoritaria y los electrones se denominan portadores de carga minoritarios ”.

Fuente: Impurezas de donantes y receptores en semiconductores

¡Espero eso ayude!