Zeigt ein Halbleiter vom N-Typ oder vom P-Typ einen elektrischen Effekt?

Der von Ihnen zitierte Abschnitt ist irreführend. Wie Ignacio bereits sagte, sind die Atome sowohl in Halbleitern vom P-Typ als auch vom N-Typ neutral. Der Unterschied liegt in der Verteilung der Elektronen zwischen Valenzband und Leitungsband.

Vereinfacht gesagt: In Halbleitern vom N-Typ gibt es einen Überschuss an Elektronen, die sich relativ frei in der Masse des Kristalls bewegen können.

Bei Halbleitern vom P-Typ ist die Situation umgekehrt, es gibt weniger freie Elektronen als in einem intrinsischen (dh undotierten) Kristall. Dies verbessert auch die Leitung, auch wenn es kontraintuitiv erscheint, da diese "fehlenden" Elektronen "Löcher" im Valenzband hinterlassen, die sich bewegen können, als wären sie positive Ladungen.

Zur Erinnerung: Dotierung verbessert die Leitfähigkeit des Kristalls, indem das Gleichgewicht der freien Elektronen in Bezug auf den intrinsischen Kristall verändert wird, nicht indem mehr oder weniger Ladungen in den Kristall selbst eingebracht werden.

Denken Sie daran, dass das, was ich in grundlegenden Begriffen erklärt habe, nur durch die auf die Kristallstruktur angewendete Quantenphysik streng erklärt wird. Kein einfaches Thema. Ich denke, selbst viele Bachelor-Studiengänge in Elektronik auf der ganzen Welt befassen sich nicht allzu sehr mit diesem Thema. Auch der Begriff Valenz- und Leitungsband lässt sich ohne Formeln aus der Quantenphysik nicht quantitativ erklären.

Ich kenne Ihre Ziele nicht, aber wenn Sie ein Elektronik-Enthusiast oder ein Student im Grundstudium (*) sind, müssen Sie normalerweise nicht viel mehr über das Thema verstehen, um elektronische Schaltungen zu entwerfen und das äußere Verhalten elektronischer Komponenten zu verstehen.

(*) es sei denn, Sie möchten IC-Designer werden, in diesem Fall müssen Sie sehr gut wissen, wie sich die Komponenten "innerhalb des Chips" verhalten.

Übrigens, veranlasst durch Ihre Kommentare zu Ignacios Antwort, werde ich einige zusätzliche Punkte hinzufügen: Halbleiter werden so genannt, weil die Leitfähigkeit der intrinsischen Kristalle zwischen Isolatoren und Metallen liegt, aber dotierte Halbleiter können eine sehr hohe Leitfähigkeit haben (insbesondere N-Typ Einsen).

Betrachten Sie als Beispiel einen Leistungs-MOSFET im eingeschalteten Zustand: Er kann einen Widerstand zwischen Drain und Source von wenigen Milliohm erreichen, genau die Art von Widerstandsniveau der Kontakte eines gewöhnlichen Relais, die aus Metall bestehen!

Siehe zum Beispiel das Datenblatt des IRF3709 :

Außerdem werden freie Elektronen so genannt, weil sie frei sind wie in einem Metall: Sie befinden sich im Leitungsband und das bedeutet, dass sie sich wie in einem Metall frei über das gesamte Kristallgitter bewegen können. Sie sind nicht an ein bestimmtes Atom gebunden.

Einige Dotierstoffe erzeugen eine Typ-N-Struktur, in der einige zusätzliche Elektronen einfach herumhängen und nirgendwo hingehen können. Andere Dotierstoffe erzeugen eine Typ-P-Struktur, in der Elektronen fehlen, auch Löcher genannt.

Ein besserer Weg, dies auszudrücken, ist, dass ein Halbleiter vom n-Typ zusätzliche bewegliche Elektronen hat und ein Halbleiter vom p-Typ ein Defizit an Valenzelektronen hat. Wie die anderen Antworten zeigen, ist die Struktur als Ganzes (unter Berücksichtigung von Leitungsband- und Valenzbandelektronen, gebundenen Elektronen in unteren Bändern, Kernprotonen und ionisierten und gewerkschaftlich organisierten Verunreinigungsstellen) elektrisch neutral.

Warum ein Defizit an Valenzbandelektronen einen Effekt erzeugt, der mit einem positiv geladenen Ladungsträger namens Loch identisch ist, ist ein etwas kompliziertes Thema. Aber als Analogie können Sie bedenken, dass, wenn eine Luftblase in einem Wasserbecken nach oben strömt, es einen entsprechenden Netto-Wasserfluss nach unten gibt.

Nein, da die Atome selbst im Material neutral sind. Die zusätzlichen Elektronen oder Löcher sind Ladungsträger, die einen Stromfluss ermöglichen, wenn eine Spannung an das Material angelegt wird.