תורמים ומקבלים בחומרים מוליכים למחצה

הגדרת הדופינג

דופינג הוא תהליך הוספת פגמים למחסום חשמלי כדי לשנות את תכונותיו המוליכות.

פגמי תרומה

פגמי תרומה הם אטומים מחומשנים שנוספים למחסומים חשמליים, ותרוממים אלקטרונים חופשיים נוספים, מיצרים מחסומים חשמליים מסוג n.

מחסום חשמלי מסוג n

כאשר מוסיפים פגמי תרומה או פגמים מסוג n למחסום חשמלי, הפער האנרגטי המאסר במבנה הסריג מצטמצם. אטומי התורמים מכניסים רמות אנרגיה חדשות ממש מתחת לרצף ההולכה. הרמות הללו הן בדידות מכיוון שהאטומים הפגמיים רחוקים זה מזה ומשתתפים במינימום אינטראקציה. בענקן, הפער האנרגטי הוא 0.01 eV, ובג'רמניום, הוא 0.05 eV בטמפרטורת החדר. לכן, בטמפרטורת החדר, האלקטרון החמישי מאטומי התורמים נכנס לרצף ההולכה. מספר האלקטרונים המוגבר מוביל למספר קטן יותר של חורים.

מספר החורים לשני יחידת נפח במחסום חשמלי מסוג n הוא אפילו נמוך יותר מאשר במספר יחידת הנפח של מחסום חשמלי פנימי באותה טמפרטורה. זה בגלל האלקטרונים עודפים, ויהיה קצב כיבוי גבוה יותר של זוגי אלקטרון-חורים מאשר במחסום חשמלי טהור או פנימי.

מחסום חשמלי מסוג p

אם במקום פגמי תרומה מחומשניים, מוסיפים פגמי תרומה משולשים למחסום חשמלי פנימי, אז במקום אלקטרונים עודפים יהיה יוצר מספר גדול של חורים בגביש. כי כאשר מוסיפים פגמי תרומה משולשים לגביש המחסום החשמלי, האטומים המשולשים יצטרפו חלק מהאטומים הטטרהואדיים של המחסום החשמלי. שלושת האלקטרונים הוולנטיים של האטום המשולש יצרו קשר עם שלושה אטומים שכנים של המחסום החשמלי. לכן, יהיה חסר של אלקטרון אחד בקשר הרביעי של האטום השכן של המחסום החשמלי, מה שתרום חור לגביש. מכיוון שפגמי תרומה משולשים תורמים חורים עודפים למחסום החשמלי, והחורים יכולים לקבל אלקטרונים, הפגמים הללו מכונים פגמי קבלה. מכיוון שהחורים נושאים במובן מסוים מטען חיובי, הפגמים הללו מכונים פגמים חיוביים או פגמים מסוג p, והמחסום החשמלי עם פגמים מסוג p מכונה מחסום חשמלי מסוג p.

הוספת פגמי תרומה משולשים למחסום חשמלי יוצרת רמה אנרגטית בדידה ממש מעל לרצף הוולנטי. הפער הקטן בין הרצף הוולנטי לרמה האנרגטית החדשה מאפשר לאלקטרונים לעבור ברמת אנרגיה גבוהה יותר עם כמות קטנה של אנרגיה חיצונית. כאשר אלקטרון עובר לרמה חדשה זו, הוא משאיר פינה, או חור, ברצף הוולנטי.

כאשר מוסיפים פגם תרומה מסוג n למחסום חשמלי, יהיה עודף אלקטרונים בגביש, אבל זה לא אומר שלא יהיה שם חורים. בשל טבעו הפנימי של המחסום החשמלי בטמפרטורת החדר, תמיד יהיו זוגי אלקטרון-חורים במחסום החשמלי. בשל הוספת פגמי תרומה מסוג n, האלקטרונים ישתוצו לזוגיות האלקטרון-חורים ומספר החורים יקטן עקב כיבוי יתר של אלקטרונים עודפים. לכן, מספר נשאי המטען השליליים או האלקטרונים החופשיים יהיה גדול יותר מאשר מספר החורים במחסום חשמלי מסוג n. לכן, במחסום חשמלי מסוג n, האלקטרונים מכונים נשאי מטען מרובים בעוד החורים מכונים נשאי מטען מועטים. באופן דומה, במחסום חשמלי מסוג p, החורים מכונים נשאי מטען מרובים והאלקטרונים מכונים נשאי מטען מועטים.

פגמי קבלה

פגמי קבלה הם אטומים משולשים שמוסיפים למחסומים חשמליים, ומייצרים עודף חורים, ויוצרים מחסומים חשמליים מסוג p.