Impurezas doadoras e aceptoras en semiconductores

Definición de Dopeo

O dopeo é o proceso de engadir impurezas a un semiconductor para cambiar as súas propiedades conductivas.

Impurezas Doadoras

As impurezas doadoras son átomos pentavalentes engadidos a semiconductores, contribuíndo con eléctrons libres adicionais e creando semiconductores tipo n.

Semiconductor Tipo N

Cando se engaden impurezas tipo n ou doadoras a un semiconductor, a banda prohibida na estrutura reticular estreita. Os átomos doadores introducen novos niveis de enerxía xusto debaixo da banda de condución. Estes niveis son discretos porque os átomos de impureza están lonxe entre si e interaccionan minimamente. No xermánio, a banda prohibida é de 0,01 eV, e no silicio, é de 0,05 eV a temperatura ambiente. Así, a temperatura ambiente, o quinto electrón dos átomos doadores entra na banda de condución. O aumento no número de eléctrons leva a menos buracos.

O número de buracos por unidade de volume nun semiconductor tipo n é incluso menor que o da mesma unidade de volume dun semiconductor intrínseco á mesma temperatura. Isto é debido aos eléctrons en exceso, e haverá unha taxa de recombinación de pares electrón-buraco maior que a dun semiconductor puro ou intrínseco.

Semiconductor Tipo P

Se en vez de impurezas pentavalentes, se engaden impurezas trivalentes ao semiconductor intrínseco, entón en lugar de eléctrons en exceso, crearanse buracos en exceso no cristal. Porque cando se engaden impurezas trivalentes ao cristal de semiconductor, os átomos trivalentes substituirán algúns dos átomos tetraivalentes do semiconductor. Os tres (3) eléctrons de valencia do átomo de impureza trivalente formarán enlaces cos tres átomos veciños de semiconductor. Polo tanto, faltaría un electrón nun enlace do cuarto átomo veciño de semiconductor, o que contribuiría cun buraco ao cristal. Como as impurezas trivalentes contribúen con buracos en exceso ao cristal de semiconductor, e estes buracos poden aceptar eléctrons, estas impurezas chámanse impurezas acceptoras. Como os buracos portan virtualmente carga positiva, estas impurezas chámanse impurezas de tipo positivo ou p, e o semiconductor con impurezas de tipo p chámase semiconductor tipo p.

Engadir impurezas trivalentes a un semiconductor crea un nivel de enerxía discreto xusto por riba da banda de valencia. A pequena brecha entre a banda de valencia e este novo nivel de enerxía permite que os eléctrons se movan facilmente a un nivel superior con unha pequena cantidade de enerxía externa. Cando un electrón se move a este novo nivel, deixa un vacío, ou buraco, na banda de valencia.

Cando engadimos unha impureza tipo n ao semiconductor, haverá un electrón en exceso no cristal, pero iso non significa que non haxa ningún buraco. Debido á natureza intrínseca do semiconductor a temperatura ambiente, sempre hai algunhas parellas electrón-buraco no semiconductor. Debido á adición de impurezas tipo n, os eléctrons engádanse a esas parellas electrón-buraco e tamén o número de buracos reducirase debido á recombinación en exceso de eléctrons. Polo tanto, o número total de portadores de carga negativa ou eléctrons libres será maior que o de buracos no semiconductor tipo n. É por iso que no semiconductor tipo n, os eléctrons chámanse portadores de carga majoritarios mentres que os buracos chámanse portadores de carga minoritarios. De xeito semellante, no semiconductor tipo p, os buracos chámanse portadores de carga majoritarios e os eléctrons, minoritarios.

Impurezas Acceptoras

As impurezas acceptoras son átomos trivalentes engadidos a semiconductores, creando buracos en exceso e formando semiconductores tipo p.