Donor- ja acceptoriimpurit puolijuoksijoissa

Dopea määritelmä

Dopea on prosessi, jossa lisätään epäpuhtauksia semivoimalevylle muuttaakseen sen johtamisominaisuuksia.

Antajaelementit

Antajaelementit ovat pentavalenttisia atomeja, jotka lisätään semivoimalevyihin, tuomalla lisää vapaana olevia elektronit ja luoden n-tyypin semivoimalevyjä.

N-tyyppinen semivoimalevy

Kun n-tyyppisiä tai antajaelementtejä lisätään semivoimaleveyteen, kiintolattian kielletty energiaerä pienenee. Antajaatomi lisää uuden energiatason juuri konduktiozonen alapuolelle. Nämä tasot ovat diskreettejä, koska epäpuhtausatomeja on kaukana toisistaan ja niiden välinen vuorovaikutus on minimaalista. Geesiin energiaerä on 0,01 eV, ja silikoniin se on 0,05 eV huoneen lämpötilassa. Näin ollen huoneen lämpötilassa viides elektroni antajaatomeista siirtyy konduktiozoon. Lisääntyneiden elektronien määrä johtaa vähemmän tyhjiöiden määrään.

Tyhjiöiden määrä yksikkötilavuudessa n-tyyppisessä semivoimalevyssä on vielä pienempi kuin samassa tilavuudessa intrinsiikissä semivoimalevyssä samassa lämpötilassa. Tämä johtuu ylijäämäelektronien vuoksi, ja elektroni-tyhjiöparien yhdistymisnopeus on suurempi kuin puhtaassa tai intrinsiikissä semivoimalevyssä.

P-tyyppinen semivoimalevy

Jos intrinsiikin semivoimaleveen lisätään trivalenttia epäpuhtautta, syntyy liiallisesti tyhjiöitä kiveen. Kun trivalentti epäpuhtaus lisätään semivoimalevyyn, trivalentit atomit korvaavat osan tetravalenttisista semivoimalevatomeista. Trivalentin epäpuhtauden kolme valenssielektronia muodostavat sidoksia kolmen naapurisemovointi-atomin kanssa. Tämän vuoksi neljäs naapurisemovointi-atomissa jää ilman elektronia, mikä luo tyhjiön kristallissa. Koska trivalentit epäpuhtaudet tuovat liiallisesti tyhjiöitä semivoimaleveen ja nämä tyhjiöt voivat hyväksyä elektronit, näitä epäpuhtauksia kutsutaan vastaanottajaelementiksi. Koska tyhjiöt käytännössä kuljettavat positiivisen sähkövarauksen, kyseiset epäpuhtaudet kutsutaan myös positiiviseksi eli p-tyyppiseksi epäpuhtauksiksi, ja semivoimalevy, jossa on p-tyyppisiä epäpuhtauksia, kutsutaan p-tyyppiseksi semivoimalevyksi.

Trivalenttien epäpuhtauksien lisääminen semivoimaleveyteen luo diskreetin energiatason juuri valenssizonan yläpuolelle. Pieni ero valenssizoneen ja tämän uuden energiatason välillä mahdollistaa elektronien helposti siirtymisen korkeampaan tasoon pienellä ulkoisella energiamäärällä. Kun elektroni siirtyy tähän uuteen tasoon, se jättää tyhjiön valenssizoneeseen.

Kun lisäämme n-tyyppistä epäpuhtautta semivoimaleveyteen, kristalliin tulee ylijäämäelektroonit, mutta se ei tarkoita, että tyhjiöitä ei olisi lainkaan. Intrinsiikin semivoimalevyn ominaisuuden vuoksi huoneen lämpötilassa on aina joitakin elektroni-tyhjiöpareja semivoimalevyssä. N-tyyppisten epäpuhtauksien lisäämiseen liittyen elektronit lisätään elektroni-tyhjiöpareihin, ja myös tyhjiöiden määrä vähenee ylijäämäelektronien ylijäämärekombinaation vuoksi. Siksi vapaana olevien negatiivisten varauksien tai vapaana olevien elektronien kokonaismäärä on enemmän kuin tyhjiöiden määrä n-tyyppisessä semivoimalevyssä. Siksi n-tyyppisessä semivoimalevyssä elektronit kutsutaan enemmistövarauksiksi, kun taas tyhjiöt kutsutaan vähemmistövarauksiksi. Vastaavasti p-tyyppisessä semivoimalevyssä tyhjiöt kutsutaan enemmistövarauksiksi, ja elektronit vähemmistövarauksiksi.

Vastaanottajaelementit

Vastaanottajaelementit ovat trivalentteja atomeja, jotka lisätään semivoimalevyihin, luoden ylijäämätyhjiöitä ja muodostaen p-tyyppisiä semivoimalevyjä.