Допинг полупроводници LEIFIphysik
Допинг полупроводници
Клучни факти на прв поглед
- Се прави разлика помеѓу n-допинг и p-допинг полупроводници (n- или p-полупроводници скратено).
- Кај n-полупроводници, слободно се движат електрони се создаваат на позадина на позитивни, стационарни атомски јадра.
- Во случај на р-полупроводници, слободно се движат "дупки" се појавуваат на позадината на негативни, стационарни атомски јадра.
Фондација Јоаким Херц Фондација Јоаким Херц
Суштинските апликации на полупроводници (на пример, за диоди и транзистори) се јавуваат само кога многу чистите кристали Si или Ge се мешаат со елементи од III. или V главната група „контаминирана“ и со тоа нивната спроводливост се зголеми. Насочена инсталација на елементи од III. или V. главната група во германиум или силиконски кристал како Допинг.
Ако, на пример, петвалентен елемент (на пр. Фосфор) е вграден во силиконски кристал, а n-полупроводници, при инсталирање на тривалентен елемент (на пример, бор), а p-полупроводник.
n-полупроводници
Атомите со пет вредности (на пр.: Фосфор, арсен или антимон) имаат 5 електрони на валентност. Четири од овие надворешни електрони се потребни за вметнување во силициумскиот кристал (врска на електронски пар). Петтиот надворешен електрон е многу слабо врзан за позитивното атомско јадро на странскиот атом и се одвојува од него со најмало снабдување со енергија. Она што останува е позитивното атомско јадро на странскиот атом (често се нарекува атом на донатор, бидејќи „снабдува“ електрон), што е прикажано со темно црвена боја во анимацијата лево. За разлика од позитивната дупка во случај на внатрешна спроводливост, позитивното атомско јадро на странскиот атом е неподвижно, бидејќи сите врски се веќе заситени и нема недостаток на електрони.
Вклучувањето на атом на донатор резултира со појава на слободни мобилни електрони и фиксни позитивни атомски јадра.
Покрај тоа, секако постои и помал феномен на самоспроводливост. Ова доведува до движење на електрони и дупки.
Генерално, во мобилните носители на полнеж во кристалот доминираат негативните електрони (мнозински носители). Кристалот затоа се нарекува n-полупроводник. Подвижните, позитивни дупки се појавуваат во многу помала мера (малцински превозници).
Поедноставување на репрезентацијата
Претставата на кристалот со неговите решетки се премногу сложени за понатамошни размислувања. Со цел да се разбере како работат диодите и транзисторите, доволно е да се знае дека n-полупроводниците претежно имаат електрони како носители на мобилен полнеж, кои се движат над позадината на позитивните стационарни полнежи (атомски јадра на странски атоми). Анимацијата од десната страна ја прави поедноставената претстава на n-полупроводникот јасна.
Фондација Јоаким Херц
p-полупроводник
Тривалентни атоми (на пример, бор, галиум или индиум) имаат само 3 валентни електрони. Сепак, потребни се четири електрони за вметнување во силиконскиот кристал (врска на електронски пар). Ако температурите не се премногу ниски, сега постои голема веројатност дека странскиот атом „носи“ електрон од околината за да ја засити врската. Тривалентниот странски атом затоа се нарекува и атом на прифаќач. На овој начин, се создава негативен фиксен полнеж (син прстен во анимацијата) на локацијата на странскиот атом и позитивна дупка во близина на странскиот атом, бидејќи електронот е повлечен од силициумскиот атом.
Инсталирањето на атом на приемник резултира во слободни, подвижни дупки и стационарни негативни атомски јадра.
Покрај тоа, секако постои и помал феномен на самоспроводливост. Ова доведува до движење на електрони и дупки.
Генерално, позитивните дупки (мнозински носачи) преовладуваат во кристалот меѓу мобилните носачи на полнење. Кристалот затоа се нарекува p-полупроводник. Мобилните, негативни електрони (носители на малцинства) се појавуваат во многу помала мера.
Поедноставување на репрезентацијата
Претставата на кристалот со неговите решетки се премногу сложени за понатамошни размислувања. Ние исто така користиме поедноставена претстава за p-полупроводникот, што ги прикажува подвижните дупки како црвени кругови. Тие се движат над позадината на негативните стационарни полнежи (атомски јадра на странски атоми).