گیرنده و دهنده در نیمههادی
تعریف دوپینگ
دوپینگ فرآیند افزودن آلایندهها به یک نیمرسانا برای تغییر خواص رسانایی آن است.
آلایندههای دهنده
آلایندههای دهنده اتمهای پنجارزشی هستند که به نیمرساناهای اضافه میشوند و الکترونهای آزاد اضافه ایجاد میکنند و نیمرساناهای نوع n را تشکیل میدهند.
نیمرسانا نوع n
وقتی آلایندههای نوع n یا دهنده به یک نیمرسانا اضافه میشوند، شکاف انرژی ممنوع در ساختار شبکه کوچک میشود. اتمهای دهنده سطوح انرژی جدیدی دقیقاً زیر باند رسانایی میسازند. این سطوح گسسته هستند زیرا اتمهای آلاینده از هم دور هستند و با هم کمترین تعامل را دارند. در ژرمانیوم، شکاف انرژی ۰٫۰۱ الکترونولت و در سیلیکون ۰٫۰۵ الکترونولت در دمای اتاق است. بنابراین، در دمای اتاق، پنجمین الکترون از اتمهای دهنده وارد باند رسانایی میشود. افزایش تعداد الکترونها منجر به کاهش تعداد حفرهها میشود.
تعداد حفرهها در واحد حجم در یک نیمرسانا نوع n حتی کمتر از تعداد حفرهها در واحد حجم یک نیمرسانا داخلی در همان دما است. این به دلیل وجود الکترونهای اضافه است و نرخ ترکیب بالاتری از جفتهای الکترون-حفره نسبت به یک نیمرسانا خالص یا داخلی خواهد بود.
نیمرسانا نوع p
اگر به جای آلاینده پنجارزشی، آلاینده سهارزشی به نیمرسانا داخلی اضافه شود، به جای الکترونهای اضافه، حفرههای اضافه در بلور ایجاد میشود. زیرا وقتی آلاینده سهارزشی به بلور نیمرسانا اضافه میشود، اتمهای سهارزشی برخی از اتمهای چهارارزشی نیمرسانا را جایگزین میکنند. سه الکترون والانس اتم آلاینده سهارزشی با سه همسایه نیمرسانا پیوند میدهند. بنابراین، در یک پیوند چهارمین همسایه نیمرسانا کمبود الکترونی وجود خواهد داشت که یک حفره به بلور میدهد. چون آلایندههای سهارزشی حفرههای اضافه به بلور نیمرسانا میدهند و این حفرهها میتوانند الکترونها را قبول کنند، این آلایندهها به عنوان آلایندههای قبولکننده شناخته میشوند. چون حفرهها مجازاً بار مثبتی دارند، این آلایندهها به عنوان آلایندههای نوع مثبت یا p شناخته میشوند و نیمرسانا با آلایندههای نوع p به نام نیمرسانا نوع p شناخته میشود.
افزودن آلایندههای سهارزشی به یک نیمرسانا 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 حرکت میکند، یک محل خالی یا حفره در باند والانس باقی میماند.
وقتی یک آلاینده نوع n به نیمرسانا اضافه میشود، الکترونهای اضافه در بلور خواهیم داشت اما این به معنای عدم وجود حفره نیست. به دلیل طبیعت داخلی نیمرسانا در دمای اتاق، همیشه جفتهای الکترون-حفره در نیمرسانا وجود دارد. با افزودن آلایندههای نوع n، الکترونها به این جفتهای الکترون-حفره اضافه میشوند و همچنین تعداد حفرهها به دلیل ترکیب اضافی الکترونها کاهش مییابد. بنابراین، تعداد کل حاملهای بار منفی یا الکترونهای آزاد در نیمرسانا نوع n بیشتر از تعداد حفرهها خواهد بود. به همین دلیل در نیمرسانا نوع n، الکترونها به عنوان حاملهای بار اکثریت شناخته میشوند و حفرهها به عنوان حاملهای بار اقلیت شناخته میشوند. به طور مشابه در نیمرسانا 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 نیمرساناهای اضافه میشوند و حفرههای اضافه ایجاد میکنند و نیمرساناهای نوع p را تشکیل میدهند.
