Un semiconductor tipo P solo tiene orificios libres y un tipo N solo tiene electrones libres. Entonces, en un NMOS, ¿de dónde vienen los electrones en un sustrato ligeramente dope P a la puerta y forman una capa de inversión? / ¿No se supone que un sustrato de P solo tiene agujeros?
¿Qué es la conductividad? Parte de la idea es la densidad de electrones libres en el sólido. Los electrones son normalmente parte de un átomo neutro. Pero el calor agita los átomos y las vibraciones pueden patear algunos de los electrones momentáneamente hacia arriba en una banda de conducción , donde son fácilmente afectados por un campo eléctrico creado por algún potencial y puede moverse También caen de nuevo en su banda de valencia, también. Pero el calor continúa filtrándolos en la banda de conducción. En equilibrio, a cierta temperatura y en cualquier momento dado, habrá un número bastante predecible de electrones en la banda de conducción. (De todos modos, una distribución gaussiana estrechamente bordeada alrededor de ese número). Hay más conductividad, como la movilidad de estos electrones de banda de conducción. Pero esa es la idea básica.
Hasta ahora, no he mencionado agujeros en absoluto, ni P ni N materiales.
Ahora piensa en el silicio, en sí mismo. También es un sólido y existe a cierta temperatura térmica. No es muy conductor, pero es más conductor que un aislante. Así que tiene un número de electrones térmicamente agitados en la banda de conducción. No tantos, y tal vez su movilidad sea más limitada que en el cobre, por ejemplo, pero están ahí de todos modos.
Para el cobre (y hay varias formas de cobre recocido, ETP, etc.) a temperatura ambiente, el número de electrones de banda de conducción agitados térmicamente por unidad de volumen es aproximadamente \ $ 8.5 \ cdot 10 ^ {22} \: \ frac {\ textrm {electrones}} {\ textrm {cm} ^ 3} \ $. En silicio, esto es aproximadamente \ $ 1.5 \ cdot 10 ^ {10} \: \ frac {\ textrm {electrones}} {\ textrm {cm} ^ 3} \ $. Como puede ver, un lot menos en silicio, que en cobre. El silicio es un semiconductor. Y el vidrio tendrá mucho, mucho menos aún (a pesar de tener el silicio como parte de su estructura).
En el silicio puro (intrínseco), cada electrón de banda de conducción se refleja en un agujero . Piense en ello como una sombra. La densidad de los electrones de la banda de conducción se reflejará exactamente por el mismo número de agujeros. La agitación térmica continúa, como siempre, produciendo más pares de electrones de agujero, pero esto sucede mientras que otros pares de electrón de agujero también se recombinan. El estado de equilibrio térmico tendrá un número momentáneo de pares de electrones de agujero que permanece bastante constante.
Cuando agrega dopantes a la estructura, distorsiona las funciones de trabajo de los electrones de valencia en los átomos donantes, que están luchando para adaptarse a la estructura de enlace general que prefieren los átomos de silicio intrínsecos y dominantes . Con los dopantes N, los átomos donantes se acomodan para engancharse a otros cuatro átomos de silicio (como lo está haciendo el otro silicio), pero esto los deja con un electrón "de repuesto" que es efectivamente "empujado" por estas circunstancias para estar muy cerca hacia la banda de conducción y, por lo tanto, requiere mucho menos agitación térmica para introducirla en la banda de conducción. (Tal vez unas 20 veces más cerca, de hecho, o dentro de un 5%, muy cerca). Entonces, estos donantes, debido a que la energía de agitación térmica tiene mucho menos trabajo que hacer, lo que lleva a mucho mayores probabilidades de encontrar uno de sus electrones en la banda de conducción, crean más electrones disponibles en equilibrio y una mayor densidad de ellos. Cuantos más depende de la concentración del dopante N. Pero esto realmente no aumenta la cantidad de agujeros, ya que estos agujeros dopantes son más parecidos a divots diminutos que a agujeros. Este aumento en el número de electrones en la banda de conducción significa que hay una nueva posibilidad incrementada de que parte de este número más grande pueda caer en esos agujeros de silicio (recombinación) mucho más profundos e importantes, reduciendo su densidad de equilibrio. Así que un material N tendrá más electrones de banda de conducción y menos agujeros. Un argumento similar, inverso, entonces se aplica a los materiales P.
Hay una buena ley de acción masiva que se aplica aquí:
$$ n \ cdot p = n_i ^ 2 $$
Es decir, si conoce la densidad de los electrones de la banda de conducción en un bloque de silicio puro intrínseco (\ $ n_i \ $) y puede calcular la nueva densidad de electrones de la banda de conducción que creó al agregar un dopante N Para dicho material (\ $ n \ $), puede calcular la densidad de agujeros que le quedan con la ecuación anterior (\ $ p \ $.) Eso es "bueno tener".
A estas alturas, debería poder ver que los materiales tipo N todavía tienen agujeros y que los materiales tipo P aún tienen electrones. Es solo que hay una proporción diferente que ya no es 1: 1, eso es todo.
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