El portador mayoritario en un semiconductor tipo N son los electrones. Esto significa que, en un material semiconductor dopado con impurezas tipo N, la concentración de electrones libres es significativamente mayor que la concentración de huecos (cargas positivas).
¿Cómo ocurre esto? Los semiconductores tipo N se crean al añadir al semiconductor intrínseco (como el silicio) impurezas pentavalentes, es decir, átomos con cinco electrones en su capa de valencia. Elementos como el fósforo (P), el arsénico (As) o el antimonio (Sb) son comúnmente utilizados. Cuando estos átomos sustituyen a los átomos de silicio en la red cristalina, tienen un electrón adicional que no participa en los enlaces covalentes. Este electrón extra queda libre para moverse a través del material, contribuyendo a la conductividad eléctrica.
La concentración de electrones libres en un semiconductor tipo N está directamente relacionada con la concentración de impurezas donadoras. A mayor cantidad de átomos donadores, mayor será la cantidad de electrones libres disponibles. Es importante destacar que, aunque los electrones son los portadores mayoritarios, también existen huecos en el semiconductor, aunque en una proporción mucho menor. Estos huecos son generados por la agitación térmica.
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El término "mayoritario" es crucial. La corriente eléctrica en un semiconductor tipo N se debe principalmente al movimiento de estos electrones libres. Aunque los huecos también contribuyen a la corriente, su contribución es despreciable en comparación con la de los electrones.
Por ejemplo, imagina un trozo de silicio puro. Si le añades un poco de fósforo, muchos átomos de fósforo reemplazarán a los átomos de silicio. Cada átomo de fósforo aporta un electrón extra que puede moverse libremente. Así, el trozo de silicio se convierte en un semiconductor tipo N, con una gran cantidad de electrones libres listos para conducir la electricidad.
Otro ejemplo: si comparamos un semiconductor tipo N con un semiconductor tipo P (donde los huecos son los portadores mayoritarios), la diferencia en la concentración de portadores es muy notable. En el tipo N, la concentración de electrones es mucho mayor que la de huecos; en el tipo P, ocurre lo contrario.
La propiedad de los semiconductores tipo N de tener electrones como portadores mayoritarios es fundamental para el funcionamiento de una amplia gama de dispositivos electrónicos, como diodos, transistores y circuitos integrados. Sin esta característica, la electrónica moderna tal como la conocemos no sería posible.
