Donor va Acceptor Impurities dar Semiconductor
تعریف دوپینگ
دوپینگ فرآیند افزودن آلاینده‌ها به یک نیمه‌رسانا برای تغییر خصوصیات رسانایی آن است.
آلاینده‌های دهنده
آلاینده‌های دهنده اتم‌های پنج‌ارزشی هستند که به نیمه‌رساناهای اضافه می‌شوند و الکترون‌های آزاد اضافی ایجاد می‌کنند، منجر به تشکیل نیمه‌رساناهای نوع n می‌شوند.
نیمه‌رسانا نوع n
وقتی آلاینده‌های نوع n یا دهنده به یک نیمه‌رسانا اضافه می‌شوند، شکاف انرژی ممنوع در ساختار شبکه کوچکتر می‌شود. اتم‌های دهنده سطوح انرژی جدیدی دقیقاً زیر باند رسانایی ایجاد می‌کنند. این سطوح گسسته هستند زیرا اتم‌های آلاینده دور از هم قرار دارند و به حداقل تعامل دارند. در ژرمانیوم، شکاف انرژی ۰٫۰۱ eV و در سیلیکون ۰٫۰۵ eV در دمای اتاق است. بنابراین، در دمای اتاق، پنجمین الکترون از اتم‌های دهنده به باند رسانایی می‌رود. افزایش تعداد الکترون‌ها منجر به کاهش تعداد حفره‌ها می‌شود.
تعداد حفره‌ها در واحد حجم در یک نیمه‌رسانا نوع n حتی کمتر از تعداد حفره‌ها در واحد حجم یک نیمه‌رسانا داخلی در همان دما است. این به دلیل وجود الکترون‌های اضافی است و نرخ بازترکیب الکترون-حفره بالاتر از نیمه‌رسانا خالص یا داخلی خواهد بود.
نیمه‌رسانا نوع p
اگر به جای آلاینده پنج‌ارزشی، آلاینده سه‌ارزشی به نیمه‌رسانا داخلی اضافه شود، به جای الکترون‌های اضافی، حفره‌های اضافی در بلور ایجاد می‌شود. زیرا وقتی آلاینده سه‌ارزشی به بلور نیمه‌رسانا اضافه می‌شود، اتم‌های سه‌ارزشی برخی از اتم‌های چهارارزشی نیمه‌رسانا را جایگزین می‌کنند. سه الکترون والانس اتم آلاینده سه‌ارزشی با سه اتم همسایه نیمه‌رسانا پیوند می‌دهند. بنابراین، در یک پیوند از اتم همسایه چهارم نیمه‌رسانا کمبود الکترون وجود دارد که یک حفره به بلور می‌افزاید. چون آلاینده‌های سه‌ارزشی حفره‌های اضافی به بلور نیمه‌رسانا اضافه می‌کنند و این حفره‌ها می‌توانند الکترون را پذیرا باشند، این آلاینده‌ها به عنوان آلاینده‌های قبول‌کننده شناخته می‌شوند. چون حفره‌ها مجازاً بار مثبت دارند، این آلاینده‌ها به عنوان آلاینده‌های نوع مثبت یا p نامیده می‌شوند و نیمه‌رسانا با آلاینده‌های نوع p به نیمه‌رسانا نوع p معروف است.
اضافه کردن آلاینده‌های سه‌ارزشی به یک نیمه‌رسانا یک سطح انرژی گسسته دقیقاً بالای باند والانس ایجاد می‌کند. شکاف کوچک بین باند والانس و این سطح انرژی جدید اجازه می‌دهد که الکترون‌ها با مقدار کمی انرژی خارجی به سطح بالاتر حرکت کنند. وقتی یک الکترون به این سطح جدید می‌رود، یک محل خالی یا حفره در باند والانس باقی می‌ماند.
وقتی آلاینده نوع n به نیمه‌رسانا اضافه می‌شود، الکترون‌های اضافی در بلور ایجاد می‌شود اما این به معنای عدم وجود حفره نیست. به دلیل طبیعت داخلی نیمه‌رسانا در دمای اتاق، همیشه جفت‌های الکترون-حفره در نیمه‌رسانا وجود دارد. با افزودن آلاینده‌های نوع n، الکترون‌ها به جفت‌های الکترون-حفره اضافه می‌شوند و تعداد حفره‌ها به دلیل بازترکیب بیشتر برای الکترون‌های اضافی کاهش می‌یابد. بنابراین، تعداد کل حامل‌های بار منفی یا الکترون‌های آزاد در نیمه‌رسانا نوع n بیشتر از حفره‌ها خواهد بود. به همین دلیل در نیمه‌رسانا نوع n، الکترون‌ها به عنوان حامل‌های بار اکثریت و حفره‌ها به عنوان حامل‌های بار اقلیت شناخته می‌شوند. به طور مشابه در نیمه‌رسانا نوع p، حفره‌ها به عنوان حامل‌های بار اکثریت و الکترون‌ها به عنوان حامل‌های بار اقلیت شناخته می‌شوند.
آلاینده‌های قبول‌کننده
آلاینده‌های قبول‌کننده اتم‌های سه‌ارزشی هستند که به نیمه‌رساناهای اضافه می‌شوند و حفره‌های اضافی ایجاد می‌کنند، منجر به تشکیل نیمه‌رساناهای نوع p می‌شوند.
