Донори и акцепторни импресности в полупроводниците

Определение Допирования

Допирането е процесът на добавяне на чужди атоми към полупроводник, за да се променят неговите проводни свойства.

Донорни Чужди Атоми

Донорните чужди атоми са пентавалентни атоми, добавени към полупроводниците, които прибавят допълнителни свободни електрони и създават n-тип полупроводници.

N-Тип Полупроводник

Когато n-тип или донорни чужди атоми се добавят към полупроводника, забранената енергийна разлика в решетчатата структура се съкращава. Донорните атоми внасят нови енергийни нива точно под водещото ниво. Тези нива са дискретни, тъй като чуждите атоми са далеч едни от други и взаимодействат минимално. В германия, енергийната разлика е 0,01 eV, а в кремика, тя е 0,05 eV при стаяна температура. Следователно, при стаяна температура, петият електрон от донорните атоми влиза в водещото ниво. Увеличеният брой електрони води до по-малко дупки.

Броят на дупките на единица обем в n-тип полупроводник е дори по-нисък, отколкото в същата единица обем на интрасичен полупроводник при същата температура. Това се дължи на излишъчните електрони, които водят до по-висока скорост на рекомбинация на електрон-дупкови двойки, отколкото в чист или интрасичен полупроводник.

P-Тип Полупроводник

Ако вместо пентавалентни чужди атоми, тривалентни чужди атоми се добавят към интрасичния полупроводник, тогава вместо излишъчни електрони, ще се създадат излишъчни дупки в кристала. Когато тривалентни чужди атоми се добавят към кристала на полупроводника, тривалентните атоми заместват някои от четиривалентните атоми на полупроводника. Три (3) валентни електрона на тривалентния чужд атом образуват връзка с три съседни атома на полупроводника. Следователно, ще има недостиг на един електрон в една връзка на четвъртия съседен атом на полупроводника, който прибавя дупка към кристала. Тъй като тривалентните чужди атоми прибавят излишъчни дупки към кристала на полупроводника, а тези дупки могат да приемат електрони, тези чужди атоми се наричат акцепторни чужди атоми. Тъй като дупките практически носят положителен заряд, казаните чужди атоми се наричат положителен тип или p-тип чужди атоми, а полупроводникът с p-тип чужди атоми се нарича p-тип полупроводник.

Добавянето на тривалентни чужди атоми към полупроводника създава дискретно енергийно ниво точно над валентното ниво. Малката разлика между валентното ниво и това ново енергийно ниво позволява на електроните лесно да се движат към по-високото ниво с малко количество външна енергия. Когато електрон се премести към това ново ниво, той оставя празнина, или дупка, в валентното ниво.

Когато добавим n-тип чужди атоми към полупроводника, ще има излишъчен електрон в кристала, но това не означава, че няма да има никакви дупки. Поради интрасичната природа на полупроводника при стаяна температура, винаги има някои електрон-дупкови двойки в полупроводника. Благодарение на добавянето на n-тип чужди атоми, електроните се добавят към тези електрон-дупкови двойки и също така броят на дупките се намалява поради излишъчната рекомбинация за излишъчните електрони. Следователно, общият брой отрицателни носители на заряд или свободни електрони ще бъде повече, отколкото дупките в n-тип полупроводник. Затова в n-тип полупроводник, електроните се наричат основни носители на заряд, а дупките - второстепенни носители на заряд. Аналогично, в p-тип полупроводник, дупките се наричат основни носители на заряд, а електроните - второстепенни носители на заряд.

Акцепторни Чужди Атоми

Акцепторните чужди атоми са тривалентни атоми, добавени към полупроводниците, създаващи излишъчни дупки и формиращи p-тип полупроводници.