Dat is niet überhaupt wat er gebeurt. Neutronen hebben er al helemaal niets mee te maken.
Punt één: Er zijn géén P-DEELTJES. Van die halve gedachte moet je éérst definitief af.
P-materiaal bevat atomen die niet netjes in het rooster passen waardoor er een tekort is aan valentie-elektronen om rondom alle gewenste valentiebindingen in het rooster af te maken. Kijk maar naar dat siliciumatoom naast het boriumatoom, alle siliciumatomen hebben 4 bindingen met de buren, maar hij niet [rr]
Maar er is géén tastbaar gat in de tuin, er bestaat niet zoiets als een tastbaar gat. (behalve bij die mol van Winnie de Pooh) Een gat is niks behalve een gebrek aan grond. Een gat in P-halfgeleidermateriaal is niks als een gewenste covalente binding waarvoor een elektron tekort is. Een covalente binding die voor de helft uit niks bestaat. Er is op dat plekje NIETS, en er zou liefst IETS moeten komen.
Atoommodel
In een atoomkern zitten positief geladen protonen. In een simpel Bohr-model vliegen er elektronen in cirkelvormige banen rondom een atoomkern. Die zijn negatief geladen. Het atoom is gelukkig, het heeft evenveel protonen als elektronen, het is elektrisch neutraal.
Die elektronen vliegen niet zomaar rond, maar in schillen rondom die kern. In elke schil passen maar een bepaald aantal elektronen. Is de schil het dichtst bij de kern vol (en daar passen er maar twee in) dan zal een volgend elektron een plekje hogerop moeten zoeken, in de tweede schil. Die tweede schil heeft al plaats voor 8 elektronen, onderverdeeld in twee subschillen van respectievelijk 2 en 6 elektronen. Hoe groter het atoom, hoe meer protonen in de kern, hoe meer elektronen nodig zijn om als atoom neutraal te blijven, hoe verder weg van de kern er weer volgende schillen gevuld moeten gaan worden.
In elke schil respectievelijk subschil passen er een bepaald aantal elektronen.
Om redenen die te ver voeren voor een topicje streven atomen er naar om buitenste (sub)schillen vól te hebben.
Zit er maar één elektron in zo'n buitenste subschil waar er bijvoorbeeld 6 in passen, dan zou zo'n atoom er graag 5 te leen krijgen, óf, wat in zo'n geval makkelijker is, er één uitlenen
De onderliggende schil wordt dan de buitenste, en die is wél vol.
Atomen spelen dat uitlenen en bijlenen klaar door bindingen aan te gaan met andere atomen. Twee waterstofatomen met elk een elektron teveel voor een volle buitenschil gaan die uitlenen aan een zuurstofatoom dat in zijn buitenste schil 4 elektronen heeft zitten, en die buitenste zuurstofschil heeft er zo twee te kort voor een volle schil. Ze reageren met elkaar en vormen H
2O. Everybody happy. In het molecuul is er elektrisch evenwicht (evenveel protonen als elektronen) de te lege respectievelijk te volle schillen zijn gevuld met gedeelde elektronen. Gedeelde smart is halve smart.
Elke schil heeft zo zijn eigen energieniveau (vergelijk het weer met dat potentiële energieverhaal van de zwaartekracht). Des te verder een elektron van de kern vandaan zit, des te groter zijn potentiële energie
Maak je nou een kristal met alleen silicium, dan kunnen die netjes van elkaar de 4 elektronen lenen die ze nodig hebben om die buitenste schil vol te krijgen.
Maar het kristal is vervuild. In het plaatje zie je meerdere atomen in dat rooster die niet zo happy zijn. Dat fosforatoom (de P van Phosphorus, niet van Positief) wil graag 5 elektronen uitlenen, maar vindt maar 4 buren in dat rooster om een elektron mee te delen. Er is een elektron teveel. Fosfor-verontreinigd silicium heeft dus elektronen beschikbaar die maar héél losjes gebonden zitten. Dat is dan een N(egatief) gedopete halfgeleider. Andersom ontbreekt er een elektron om een valentiebinding tussen silicium en borium voor elkaar te krijgen, dit is dan ook materiaal dat er nog elektronen bijzoekt, P(ositief) halfgeleidermateriaal. Het plaatje geeft dus de plek weer waar het N en P materiaal tegen elkaar aan zitten, de grenslaag.
Dat nodige elektron kan er wel eens komen omdat en ander silicium-atoom een valentiebinding verbreekt en dat elektron daarvoor afstaat, maar ja, dan zit dáár weer een gat. Het geheel is dus geen statische situatie, die zwarte pieten gaan zwerven door het materiaal.
Dat elektron dat rondzwerft door dat materiaal zweeft bij wijze van spreke heel hoog boven de atoomkernen, en als het in de buurt van zo'n gat terechtkomt wordt er stevig aan getrokken. Het elektron valt in het gat en komt daarmee netjes in een lagere baan en daarmee op een lager energieniveau terecht. De potentiële energie die het had omdat het zover van een atoomkern vandaan was heeft het niet meer, die komt al vallende vrij in de vorm van een foton.
Nou zit dat het boriumatoom weer niet zo lekker, want dat is nou ineens negatief geladen. Dat komt goed uit, want aan de linkerkant staat de pluspool van een spanningsbron elektronen uit dat P materiaal te zuigen. Daar ontstaan dus "gaten" bindingen flippen om, het gat komt een atoompje naar rechts te zitten, bindingen flippen om, dat verhuist weer verder, etc, totdat ons voormalige gat nabij die grenslaag weer terug een gat is en de zaak weer in evenwicht is. Dan kan er weer een elektron uit de N-halfgeleider in het gat donderen, een foton komt weer vrij, enzovoort, met miljoenen tegelijk. Aan de rechtse kant worden er intussen door de spanningsbron vrolijk elektronen bijgeduwd om de zaak aan de gang te houden. De cirkel (stroomkring) is rond.
