Δωρητές και Αποδέκτες Υποκατάστατα σε Ημιαγωγούς

Ορισμός Ντόπινγκ

Η ντόπινγκ είναι ο προσθετικός διαδικαστικός των ακαθαριών σε έναν υλικό σεμιχωρισμένους για να αλλάξει τις ηλεκτρικές του ιδιότητες.

Δωρητικές Ακαθαρίες

Οι δωρητικές ακαθαρίες είναι πενταβαλέντες άτομα που προστίθενται σε υλικά σεμιχωρισμένους, παρέχοντας επιπλέον ελεύθερα ηλεκτρόνια, δημιουργώντας n-τύπου υλικά σεμιχωρισμένους.

N-Τύπου Υλικό Σεμιχωρισμένου

Όταν προστίθενται n-τύπου ή δωρητικές ακαθαρίες σε ένα υλικό σεμιχωρισμένους, ο απαγορευμένος ενεργειακός χάσμας στο καταστήματα δομή μειώνεται. Τα δωρητικά άτομα εισάγουν νέα ενεργειακά επίπεδα λίγο κάτω από την ζώνη μετάδοσης. Αυτά τα επίπεδα είναι διακριτά, επειδή τα άτομα ακαθαρίας είναι μακριά και διαλειτουργούν ελάχιστα. Στο γερμανίου, το ενεργειακό χάσμα είναι 0,01 eV, και στο κρύσταλλο, είναι 0,05 eV σε θερμοκρασία δωματίου. Έτσι, σε θερμοκρασία δωματίου, το πέμπτο ηλεκτρόνιο από τα δωρητικά άτομα εισέρχεται στην ζώνη μετάδοσης. Η αυξημένη αριθμός ηλεκτρονίων οδηγεί σε λιγότερες θέσεις.

Ο αριθμός θέσεων ανά μονάδα όγκου σε ένα n-τύπου υλικό σεμιχωρισμένους είναι ακόμη μικρότερος από τον ίδιο αριθμό θέσεων στον ίδιο όγκο αυτοτελούς υλικού σεμιχωρισμένους στην ίδια θερμοκρασία. Αυτό οφείλεται στα επιπλέον ηλεκτρόνια, και θα υπάρξει υψηλότερη ταχύτητα επανενώσεως ζευγών ηλεκτρόνιο-θέσης από την ταχύτητα σε έναν καθαρό ή αυτοτελή υλικό σεμιχωρισμένους.

P-Τύπου Υλικό Σεμιχωρισμένου

Αν αντί για πενταβαλέντες ακαθαρίες, προστίθενται τριβαλέντες ακαθαρίες στο αυτοτελή υλικό σεμιχωρισμένους, τότε αντί για επιπλέον ηλεκτρόνια θα δημιουργηθούν επιπλέον θέσεις στο κρύσταλλο. Επειδή όταν προστίθενται τριβαλέντες ακαθαρίες στο κρύσταλλο υλικού σεμιχωρισμένους, τα τριβαλέντα άτομα θα αντικαταστήσουν μερικά των τετραβαλέντων άτομων υλικού σεμιχωρισμένους. Τα τρία (3) βαλεντικά ηλεκτρόνια των τριβαλέντων ακαθαρίων θα δημιουργήσουν δεσμά με τρία γειτονικά άτομα υλικού σεμιχωρισμένους. Οπότε, θα υπάρξει έλλειψη ηλεκτρονίου σε ένα δεσμό του τέταρτου γειτονικού άτομου, που συμβάλλει σε μια θέση στο κρύσταλλο. Επειδή οι τριβαλέντες ακαθαρίες συμβάλλουν σε επιπλέον θέσεις στο κρύσταλλο, και αυτές οι θέσεις μπορούν να αποδεχτούν ηλεκτρόνια, αυτές οι ακαθαρίες ονομάζονται αποδέκτριες ακαθαρίες. Επειδή οι θέσεις φέρουν θετικό φορτίο, οι εν λόγω ακαθαρίες ονομάζονται θετικοί τύποι ή p-τύποι ακαθαρίες, και το υλικό σεμιχωρισμένους με p-τύπους ακαθαρίες ονομάζεται p-τύπου υλικό σεμιχωρισμένους.

Η προσθήκη τριβαλέντων ακαθαρίων σε ένα υλικό σεμιχωρισμένους δημιουργεί ένα διακριτό ενεργειακό επίπεδο λίγο πάνω από την ζώνη βαλεντείας. Το μικρό χάσμα μεταξύ της ζώνης βαλεντείας και αυτού του νέου ενεργειακού επιπέδου επιτρέπει στα ηλεκτρόνια να μετακινηθούν εύκολα στο υψηλότερο επίπεδο με μικρή ποσότητα εξωτερικής ενέργειας. Όταν ένα ηλεκτρόνιο μετακινείται σε αυτό το νέο επίπεδο, αφήνει ένα κενό, ή θέση, στην ζώνη βαλεντείας.

Όταν προσθέτουμε μια n-τύπου ακαθαρία στο υλικό σεμιχωρισμένους, θα υπάρξουν επιπλέον ηλεκτρόνια στο κρύσταλλο, αλλά αυτό δεν σημαίνει ότι δεν θα υπάρχουν καθόλου θέσεις. Λόγω της αυτοτελούς φύσης του υλικού σεμιχωρισμένους σε θερμοκρασία δωματίου, υπάρχουν πάντα κάποιες ζευγάρια ηλεκτρόνιο-θέσης στο υλικό. Λόγω της προσθήκης n-τύπου ακαθαρίων, τα ηλεκτρόνια θα προστεθούν σε αυτά τα ζευγάρια ηλεκτρόνιο-θέσης και ο αριθμός των θέσεων θα μειωθεί λόγω επιπλέον επανενώσεων για τα επιπλέον ηλεκτρόνια. Επομένως, ο συνολικός αριθμός των αρνητικών φορέων φορτίου ή ελεύθερων ηλεκτρονίων θα είναι μεγαλύτερος από τον αριθμό των θέσεων στο n-τύπου υλικό σεμιχωρισμένους. Γι' αυτό, στο n-τύπου υλικό σεμιχωρισμένους, τα ηλεκτρόνια ονομάζονται πλειοψηφικοί φορείς φορτίου, ενώ οι θέσεις ονομάζονται μειοψηφικοί φορείς φορτίου. Ομοίως, στο p-τύπου υλικό σεμιχωρισμένους, οι θέσεις ονομάζονται πλειοψηφικοί φορείς φορτίου, ενώ τα ηλεκτρόνια ονομάζονται μειοψηφικοί φορείς φορτίου.

Αποδέκτριες Ακαθαρίες

Οι αποδέκτριες ακαθαρίες είναι τριβαλέντες άτομα που προστίθενται σε υλικά σεμιχωρισμένους, δημιουργώντας επιπλέον θέσεις, δημιουργώντας p-τύπου υλικά σεμιχωρισμένους.