დონორი და აქცეპტორი იმპურიტეტები სემიკონდუქტორებში

დოპირების განმარტება

დოპირება არის ის პროცესი, როდესაც ნაწილაკებში ჩადის უწყვეტობები რათა შეცვალოს მათი დიელექტრული თვისებები.

დონორული უწყვეტობები

დონორული უწყვეტობები არიან ხუთფერადი ატომები, რომლებიც დაემატებიან ნაწილაკებში და მიძღვნიან ზედმეტ თავისუფალ ელექტრონებს, ქმნიდენ n-ტიპის ნაწილაკებს.

n-ტიპის ნაწილაკები

როდესაც n-ტიპის ან დონორული უწყვეტობები დაემატებიან ნაწილაკებში, ლათინური სტრუქტურის აკადემიური ენერგიის გაფართოება შემცირდება. დონორული ატომები იტანენ ახალ ენერგეტიკულ საფეხურს დასახლების ბანდის ქვემოთ. ეს საფეხურები არიან დისკრეტული, რადგან უწყვეტობების ატომები შედარებით შორს მდებარეობენ და მინიმალურად ინტერაქტირებენ. გერმანიუმში ენერგიის გაფართოება არის 0.01 eV, ხოლო სილიკონში 0.05 eV საშუალო ტემპერატურაზე. ამიტომ, საშუალო ტემპერატურაზე, ხუთი ელექტრონი დონორული ატომებიდან შედის დასახლების ბანდში. ელექტრონების რაოდენობის ზრდა იწვევს ნაკლებ რაოდენობაში ლაქის შექმნას.

n-ტიპის ნაწილაკებში ლაქის რაოდენობა ერთეული მოცულობის შემდეგ კიდევ ნაკლებია ინტრინსიკ ნაწილაკების რაოდენობაზე იმავე ტემპერატურაზე. ეს ხდება ზედმეტ ელექტრონების გამო, და ელექტრონ-ლაქის წყვეტების რეკომბინაციის სიჩქარე იქნება უფრო მაღალი, ვიდრე პურულ ან ინტრინსიკ ნაწილაკებში.

p-ტიპის ნაწილაკები

თუ ინტრინსიკ ნაწილაკებში ადგილი იღებს ხუთფერადი უწყვეტობის ნაცვლად სამფერადი უწყვეტობის დამატება, მაშინ ნაკლები ელექტრონების ნაცვლად ქმნილი იქნება ზედმეტი ლაქები კრისტალში. რადგან როდესაც სამფერადი უწყვეტობა დაემატება ნაწილაკების კრისტალში, სამფერადი ატომები ჩაიცვლებენ რამდენიმე თეტრაფერად ნაწილაკების ატომებს. სამი (3) ვალენტური ელექტრონი სამფერად უწყვეტობის ატომიდან შექმნის ბონდს სამი მიზეზის ნახევარი ნაწილაკების ატომებთან. ამიტომ, იქ იქნება ელექტრონის ნაკლებობა ერთ ბონდში მეოთხე მიზეზის ნახევარი ნაწილაკების ატომში, რაც მიძღვნის ლაქს კრისტალს. რადგან სამფერადი უწყვეტობები ქმნიან ზედმეტ ლაქებს ნაწილაკების კრისტალში, და ეს ლაქები შეიძლება დააკმაყოფილონ ელექტრონები, ეს უწყვეტობები ერთად არიან ცნობილი როგორც აკეპტორული უწყვეტობები. რადგან ლაქები ვირტუალურად გადაჰყავს დადებითი ტვირთი, ამ უწყვეტობებს უწოდებენ დადებით ტიპის ან p-ტიპის უწყვეტობებს, ხოლო ნაწილაკები ს p-ტიპის უწყვეტობებით არიან ცნობილი როგორც p-ტიპის ნაწილაკები.

სამფერადი უწყვეტობების დამატება ნაწილაკებში ქმნის დისკრეტულ ენერგეტიკულ საფეხურს ვალენტური ბანდის ზემოთ. პატარა გაფართოება ვალენტური ბანდის და ახალი ენერგეტიკული საფეხურის შორის აძლევს საშუალებას ელექტრონებს დაიწყონ მარტივი გარეშე ენერგიით ზემოთ დგან საფეხურზე. როდესაც ელექტრონი მიდის ახალ საფეხურზე, ის ტოვებს ვაკანსიას, ან ლაქს, ვალენტური ბანდში.

როდესაც ვადებთ n-ტიპის უწყვეტობას ნაწილაკებში, კრისტალში იქნება ზედმეტი ელექტრონები, მაგრამ ეს არ ნიშნავს, რომ არ იქნება ლაქები. ინტრინსიკ ნაწილაკების გამო, საშუალო ტემპერატურაზე, ნაწილაკებში ყოველთვის იქნება რამდენიმე ელექტრონ-ლაქის წყვეტები. n-ტიპის უწყვეტობების დამატების შედეგად, ელექტრონები დაიმატება ელექტრონ-ლაქის წყვეტებში და ლაქების რაოდენობა შემცირდება ზედმეტ რეკომბინაციის გამო. ამიტომ, სულ უფრო მეტი უარყოფითი ტვირთის გადამართველი ან თავისუფალი ელექტრონები იქნება n-ტიპის ნაწილაკებში, ვიდრე ლაქები. ამიტომ, n-ტიპის ნაწილაკებში ელექტრონები არიან უმეტესი ტვირთის გადამართველები, ხოლო ლაქები არიან ნაკლები ტვირთის გადამართველები. ანალოგიურად, p-ტიპის ნაწილაკებში ლაქები არიან უმეტესი ტვირთის გადამართველები, ხოლო ელექტრონები არიან ნაკლები ტვირთის გადამართველები.

აკეპტორული უწყვეტობები

აკეპტორული უწყვეტობები არიან სამფერადი ატომები, რომლებიც დაემატებიან ნაწილაკებში, ქმნიდენ ზედმეტ ლაქებს და ფორმირებენ p-ტიპის ნაწილაკებს.