Antes de entender lo que es semiconductor tipo n deberíamos centrarnos en algunas teorías básicas de la ciencia atómica. Todos sabemos que cada átomo de cualquier sustancia requiere ocho electrones en su órbita más exterior. Pero también es cierto que no todos los átomos tienen ocho electrones en su órbita más exterior. Pero todos los átomos tienen como objetivo final tener ocho electrones en su órbita más exterior. Los electrones en la órbita más externa de un átomo se llaman electrones de valencia. Si la órbita más exterior de un átomo no tiene ocho electrones, entonces habrá tantas vacantes como la falta de electrones en la órbita. Estas vacantes siempre están listas para aceptar electrones para llenar ocho electrones en la órbita más exterior del átomo. Los semiconductores más utilizados son el silicio y el germanio. El silicio tiene 14 electrones que han sido configurados como 2, 8, 4. El germanio tiene 32 electrones que han sido configurados como 2, 8, 18, 4. Ambos semiconductores tienen 4 electrones en su órbita más exterior. Por lo tanto, hay vacantes para más de 4 electrones.
Cuatro electrones de valencia llenan estas vacantes, cada uno de los cuales proviene de cuatro átomos semiconductores vecinos. De hecho, de esta manera, todos los átomos de un cristal semiconductor hacen un enlace covalente con sus átomos más cercanos. Idealmente, todos los electrones de valencia en un cristal semiconductor están involucrados en la formación de enlaces covalentes. Por lo tanto, no debería haber ningún electrón libre en el cristal. Pero este no es el caso real. En el 0 absolutoo Kelvin no habría ningún electrón libre en el cristal, pero cuando la temperatura sube del cero absoluto a la temperatura ambiente, los números de electrones de valencia en los enlaces se excitan térmicamente y salen del enlace y generan un número de electrones libres en el cristal. Estos electrones libres causan que el la conductividad del semiconductor materiales a cualquier temperatura superior al cero absoluto.
Existe un método para aumentar la conductividad de los semiconductores a cualquier temperatura superior al cero absoluto. Este método se llama dopaje. En este método es puro o semiconductor intrínseco está dopado con impurezas pentavalentes como antimonio, arsénico y fósforo. Estos átomos de impurezas reemplazan algunos de los átomos semiconductores del cristal y ocupan sus posiciones. Como los átomos de impureza tienen cinco electrones de valencia en la órbita más exterior, 4 de ellos crearán el enlace covalente con cuatro átomos semiconductores adyacentes.
Un electrón de valanceo del átomo de impureza no tiene oportunidad de involucrarse en el enlace covalente y se une más libremente al átomo de impureza padre. A temperatura ambiente, estos quintos electrones de valencia de los átomos de impureza vagamente unidos pueden salir de su posición debido a la excitación térmica. Debido a este fenómeno, habrá un número considerable de electrones libres, pero aún así, hay rupturas de los enlaces covalentes en el cristal debido a la excitación térmica a temperatura ambiente. Los electrones libres, además de los electrones libres creados debido a la ruptura de un semiconductor a semiconductor y de un semiconductor a las impurezas de los enlaces covalentes, causan el total de electrones libres en el cristal. Aunque cada vez que se crea un electrón libre durante la ruptura de un enlace covalente de semiconductor a semiconductor, se crea una vacante en el enlace roto. Estas vacantes se denominan agujeros. Cada uno de estos agujeros se considera un equivalente positivo de un electrón negativo, ya que se crea debido a la falta de un electrón. Aquí los electrones son los principales portadores de carga móvil. En un semiconductor tipo n habrá tanto electrones libres como agujeros. Pero el número de agujeros es bastante menor que el de electrones porque los agujeros se crean sólo debido a la ruptura del enlace covalente de semiconductor a semiconductor, mientras que los electrones libres se crean tanto debido a un quinto electrón de valencia de átomos de impureza sin enlace, como a la ruptura del enlace covalente de semiconductor a semiconductor.
Número de agujeros en un semiconductor de tipo n = Agujeros debidos a la ruptura de los enlaces covalentesNúmero de electrones libres en un semiconductor de tipo n = Electrones libres debido a la ruptura de los enlaces covalentes + electrones libres creados debido a los electrones de quinta valencia de los átomos de impureza.
Por lo tanto, el número de electrones libres >> número de agujeros en el semiconductor de tipo n
Por eso los electrones libres se llaman portadores de la mayoría, y los agujeros se llaman portadores de la minoría en el semiconductor tipo n. Como los electrones cargados negativamente están principalmente involucrados en la transferencia de carga a través de este semiconductor, se denomina semiconductor de tipo negativo o de tipo n. Aunque hay muchos electrones libres en el cristal, sigue siendo eléctricamente neutro ya que el número total de protones y el número total de electrones son iguales.
