¡Ahora estamos listos para hacer un dispositivo útil real! Tomemos una pieza de material tipo n, y una pieza de material tipo p, y pegarlas juntas, como se muestra en la Figura\(\PageIndex{2}\). De esta manera estaremos haciendo una unión p-n, o diodo, que será nuestro primer dispositivo eléctrico real que no sea una simple resistencia.

Diagrama de bandas con la banda e_C por encima de la banda e_V y el nivel de Fermi a corta distancia por encima de la banda de valencia. Un gran número de cargas positivas se encuentran por debajo de la banda de valencia, y un pequeño número de cargas negativas se encuentran por encima de la banda de conducción.
Figura\(\PageIndex{1}\): Diagrama de bandas para un semiconductor tipo p
Diagrama de bandas con dos líneas horizontales continuas separadas por una línea horizontal discontinua discontinua en dos partes. La mitad izquierda se encuentra más cerca de la banda inferior, y la mitad derecha está más cerca de la banda superior. Un gran número de cargas positivas se agrupan por debajo de la mitad izquierda de la banda inferior, con algunas ubicadas por debajo de la mitad derecha. Un gran número de electrones se agrupan por encima de la mitad derecha de la banda superior, con unos pocos ubicados por encima de la mitad izquierda.
Figura\(\PageIndex{2}\): Una unión p-n sin equilibrio

Hay un par de cosas mal con Figure\(\PageIndex{2}\). En primer lugar, una de las reglas respecto al nivel Fermi es que cuando se tiene un sistema en equilibrio (es decir, cuando está en reposo, y no está siendo influenciado por fuerzas externas como gradientes térmicos, potenciales eléctricos etc.), el nivel Fermi debe ser el mismo en todas partes. En segundo lugar, tenemos un gran manojo de agujeros a la derecha y un gran manojo de electrones a la izquierda, y así esperaríamos, que a falta de alguna fuerza para mantenerlos de esta manera, empiecen a extenderse hasta que su distribución sea más o menos igual en todas partes. Por último, recordamos que un agujero es solo una ausencia de un electrón, y dado que un electrón en la banda de conducción puede bajar la energía del sistema al caer en uno de los estados de agujero vacío, parece probable que esto suceda. Este proceso se llama recombinación. El lugar donde esto es más probable que ocurra, por supuesto, estaría justo en el cruce entre las regiones n y p. Esto se muestra en la Figura\(\PageIndex{3}\).

Diagrama de bandas de la Figura 2, que muestra electrones en el centro de la banda superior comenzando a caer a la banda inferior, moviéndose ligeramente hacia la izquierda.
Figura\(\PageIndex{3}\): Recombinación de agujeros y electrones

Ahora puede parecer que este efecto de recombinación podría seguir y seguir, hasta que no queden portadores en la muestra. Este no es el caso, sin embargo. Para ver qué pone fin a todo, necesitamos otro diagrama más. La figura\(\PageIndex{4}\) es más física que lo que hemos estado viendo hasta ahora. Es una imagen de la unión p-n real, mostrando tanto los agujeros como los electrones. También necesitamos meter a los donantes y aceptadores, sin embargo, si queremos ver qué pasa. Los cargos fijos (es decir, no pueden moverse) de los donantes y aceptadores están representados por simples signos “+” y “-”. Están dispuestos en un bonito arreglo tipo celosía para recordarnos que están pegados a la celosía cristalina. (En realidad sin embargo, a pesar de que están atrapados en la red cristalina, hay tan pocos de ellos comparados con los átomos de silicio que su distribución sería bastante aleatoria). Para los agujeros móviles y electrones, nos quedaremos con los pequeños círculos con señales de carga en ellos. Estos se distribuyen aleatoriamente, para recordarnos que son libres de moverse por el cristal.

Un rectángulo se divide en su centro por una línea punteada vertical. Una cuadrícula de signos menos llena la mitad izquierda, y una cuadrícula de signos más llena la mitad derecha. Los signos más encerrados en círculos están dispersos sobre la mitad izquierda del rectángulo, y los signos menos encerrados en círculos están dispersos sobre la mitad derecha.
Figura\(\PageIndex{4}\): Esquema espacial de una unión p-n

Ahora tendremos que permitir que algunos de los agujeros y electrones (nuevamente cerca de la unión) se recombinen. Recuerden, cuando se recombinan un electrón y un agujero, ambos son aniquilados y desaparecen. Tenga en cuenta que este proceso conserva la carga y (si pudiéramos calcularlo) el impulso también. Obviamente se pierde algo de energía, pero esto simplemente se mostrará como vibraciones, o calor, dentro de la red cristalina —o, en el caso de un LED, como luz emitida desde el dispositivo. Ver, ya sabemos lo suficiente de semiconductores para entender (algo) cómo funciona un dispositivo real. La luz proveniente de un LED es simplemente la energía que se libera cuando se recombinan un electrón y un agujero. Vamos a echar un vistazo a esto con más detalle más adelante. Vamos a permitir que se produzca alguna recombinación, como se muestra en la Figura\(\PageIndex{5}\).

La unión de la Figura 4 después de alguna recombinación ha ocurrido, por lo que ha desaparecido un número igual de los signos más y menos encerrados en círculo.
Figura\(\PageIndex{5}\): La unión después de que se haya producido alguna recombinación