Entiendo que el electrón 'libre' en el átomo de fósforo se considera libre porque se mantiene / atrae muy débilmente por su núcleo, sin embargo, hay algún enlace entre los dos. Por el bien de mi pregunta, pretenderé que no existe un enlace y que el quinto electrón en la capa de valencia del átomo de fósforo es verdaderamente libre.
Según tengo entendido, el silicio dopado con P y N son eléctricamente neutros (tienen portadores de carga incorporados, pero ellos no tienen carga). Están compuestos de silicio, boro y fósforo eléctricamente neutros, por lo que cada uno es eléctricamente neutro. La red de silicio dopada con P tiene espacio para aceptar electrones y la red de silicio dopada con N tiene electrones para dar.
Lo que no puedo entender es que, si ninguna de las celosías está cargada eléctricamente, ¿por qué los electrones libres en la red de silicio dopado en N ocuparían los agujeros en la red de silicio dopada con P que permanecer en las capas de valencia de los átomos de fósforo? ? Seguro que el lado dopado N tiene electrones libres y el lado dopado P tiene espacio para los electrones, pero eso no debería ser razón suficiente para que un electrón se mueva cuando simplemente quedarse quieto es una opción. ¿Por qué dejaría el electrón libre la capa de valencia de su átomo de fósforo original en lugar de simplemente quedarse en su lugar para empezar?
Después de este misterioso proceso de difusión, hemos cargado positivamente los átomos de fósforo en el silicio dopado con N cerca de la unión y los átomos de boro cargados negativamente en el silicio dopado con P cerca de la unión, formando la región de agotamiento. En la región de agotamiento ahora tenemos átomos de boro con un electrón que no necesitan y átomos de fósforo que carecen de un electrón. ¿Por qué el átomo de fósforo renunció a su electrón para comenzar si se va a dar la vuelta inmediatamente y "querrá recuperarlo" después de que se forme la región de agotamiento?
Siento que la sección "Estructura de banda electrónica en semiconductores dopados" de este artículo podría llevar a la respuesta, pero no entiendo muy bien el diagrama ( enlace ). Esta sección dice "en los semiconductores dopados en n hay un electrón en el cristal que no está unido y, por lo tanto, se puede mover con" relativamente poca energía "a la banda de conducción", lo que entiendo. De lo que no entiendo de dónde viene esta "relativamente poca energía".
¿Se debe a que el agujero de electrones en la red de silicio dopada con P 'parece' ser un átomo de silicio con carga positiva en lugar de lo que realmente es, un átomo de boro con carga neutral? Pero, ¿cómo puede ser esto ya que la cantidad de protones en el núcleo del átomo de boro no ha cambiado?
¿Introducen una pequeña cantidad de partículas cargadas además de los átomos neutros extraños durante el proceso de dopaje? Si es así, ¿no significaría esto que las dos celosías no son neutras antes de unirse?
¿Es que la difusión no se produce realmente hasta que se aplican cargos a los materiales P y N? Cada diagrama de uniones PN que he visto muestra que la región de agotamiento existe antes de que se aplique un voltaje externo.
¿Está relacionado de alguna manera con la temperatura?
¿Qué me estoy perdiendo?