Entendimiento de cruce de diodo PN

Un agujero no es el resultado de un átomo de carga neutra que pierde un electrón. Se crea un agujero cuando un átomo "aceptor" se encuentra en un cristal de silicio, pero ese átomo no tiene tantos electrones disponibles para unirse como los átomos de silicio. Los átomos de silicio se unen al compartir un par de electrones, cada átomo contribuye con un electrón al enlace. El átomo aceptor deja un enlace sin llenar, y es ese enlace sin llenar lo que constituye el agujero. Tenga en cuenta que aunque este agujero existe, los átomos son completamente neutros en carga. Es fácil que un electrón errante se quede atascado en el agujero, y cuando eso sucede, el átomo aceptor en realidad tiene un electrón más de lo que normalmente tendría ... por lo tanto, se ha convertido en un ion negativo. El electrón capturado vino de algún lugar ... algún átomo que también era previamente neutro en carga ... por lo que ese átomo se ha convertido en un ion positivo. Como tenemos un ión negativo inmóvil y un ión positivo inmóvil, existe un campo eléctrico entre ellos.

A medida que los agujeros se llenan con electrones caprichosos, el campo e aumenta su fuerza hasta que evita que los electrones se muevan más. En este punto se ha creado la región de agotamiento. Esta región está agotada de portadores de carga libres (móviles) pero los átomos de impureza (sin silicio) están ionizados.

He mencionado el silicio, pero lo mismo se puede hacer con algunos otros materiales, como el germanio y el arseniuro de galio.

  

No estoy seguro de lo que me estoy perdiendo aquí ...   ¿Por qué hay iones positivos y negativos en la región de agotamiento?

Joe ofrece una buena visión general de cómo se crea un agujero cuando un átomo aceptor captura un electrón que anteriormente se movía libremente en la banda de valencia. De manera similar, un electrón de banda de conducción se crea cuando un átomo donante libera un electrón en la banda de conducción.

Supongo que lo que te falta es que el aceptor es un átomo de impureza en el cristal, y está fijado en la ubicación (a menos que comencemos a hablar de las temperaturas extremadamente altas que se utilizan durante el proceso de difusión para obtener realmente los átomos de impureza en el cristal en primer lugar). Mientras que el agujero es libre de moverse. Así que el agujero está libre para ser empujado por el campo incorporado de la unión, pero el aceptador (ahora un ion cargado negativamente) está atorado donde está.

  

Pensé que habría iones de carga neutra.

La palabra "ion" significa un átomo con una carga neta positiva o negativa. Si no estuviera cargado de una forma u otra, simplemente lo llamaríamos un "átomo" y no un ion.

Entonces, ¿por qué los aceptadores se convierten en iones en lugar de permanecer neutrales?

Una forma de verlo es que las estadísticas de Fermi-Dirac nos dicen cuál es la probabilidad de que un estado particular se llene con un electrón en un momento determinado. Dado que los átomos aceptores, por cualquier razón, proporcionan estados que están cerca del borde de la banda de valencia (y, por lo tanto, por debajo del nivel de Fermi), esos estados terminarán llenándose más del 50% del tiempo.