Dopirajuće i akceptorske nečistoće u poluprovodnicima

Definicija dopiranja

Dopiranje je proces dodavanja pristanih tvari poluprovodniku kako bi se promenile njegove provodne osobine.

Donorske pristani tvari

Donorske pristani tvari su petvalentni atomi dodati poluprovodnicima, koji pružaju dodatne slobodne elektrone, stvarajući n-tip poluprovodnike.

N-tip poluprovodnik

Kada se n-tip ili donorske pristani tvari dodaju poluprovodniku, zabranjena energetska razmaka u mrežnoj strukturi se sužava. Donorski atomi uvođenjuju nove energetske nivoje malo ispod konduktivne zone. Ovi nivoji su diskretni jer su atomi pristanih tvari daleko jedan od drugog i minimalno interaguju. U germaniju, energetska razmaka iznosi 0,01 eV, a u siliciju 0,05 eV na sobnoj temperaturi. Stoga, na sobnoj temperaturi, peta elektrona sa donorskih atoma ulazi u konduktivnu zonu. Povećani broj elektrona dovodi do manjeg broja rupa.

Broj rupa po jedinici zapremine u n-tipu poluprovodnika je još niži nego u istoj zapremini intrinsikog poluprovodnika na istoj temperaturi. To je posledica prekomjernog broja elektrona, a postoji veća stopa rekompozicije parova elektron-rupa nego u čistom ili intrinsikom poluprovodniku.

P-tip poluprovodnik

Ako umesto petvalentnih pristanih tvari, trivalentna pristina tvar bude dodata intrinsikom poluprovodniku, onda umesto prekomjernog broja elektrona, nastaje prekomjerni broj rupa u kristalu. Kada se trivalentna pristina tvar dodaje kristalu poluprovodnika, trivalentni atomi zamenjuju neke tetra-valentne atome poluprovodnika. Tri (3) valentna elektrona trivalentnog atoma pristina tvari formiraju vezu sa tri okolna atoma poluprovodnika. Tako, nedostatak elektrona u jednoj vezi četvrtog okolnog atoma poluprovodnika doprinosi rupu kristalu. Budući da trivalentne pristine tvari doprinose prekomjernim rupama u kristalu poluprovodnika, a ove rupe mogu prihvatiti elektrone, ove pristine tvari se nazivaju akceptorskim pristinama. Pošto rupe virtualno nose pozitivan naboj, ove pristine tvari se nazivaju pozitivnim tipom ili p-tipom pristina tvari, a poluprovodnik sa p-tipom pristina tvari se naziva p-tip poluprovodnik.

Dodavanje trivalentnih pristanih tvari poluprovodniku stvara diskretni energetski nivo malo iznad valentne zone. Mala razmaka između valentne zone i ovog novog energetskog nivoa omogućuje elektronima lako da pređu na viši nivo uz mali iznos vanjske energije. Kada elektron pređe na ovaj novi nivo, ostavlja prazninu, ili rupu, u valentnoj zoni.

Kada dodamo n-tip pristinu poluprovodniku, bit će prekomjerna količina elektrona u kristalu, ali to ne znači da neće biti rupa. Zbog intrinske prirode poluprovodnika na sobnoj temperaturi, uvek će biti neki parovi elektron-rupa u poluprovodniku. Dodavanjem n-tip pristina, elektroni će biti dodati tim parovima elektron-rupa, a broj rupa će se smanjiti zbog prekomjerne rekompozicije zbog prekomjernih elektrona. Stoga, ukupan broj negativnih nosilaca naboja ili slobodnih elektrona bit će veći od broja rupa u n-tip poluprovodniku. Zato u n-tip poluprovodniku elektroni se nazivaju većinskim nosiocima naboja, dok se rupe nazivaju manjinskim nosiocima naboja. Slično tome, u p-tip poluprovodniku, rupe se nazivaju većinskim nosiocima naboja, a elektroni manjinskim nosiocima naboja.

Akceptorske pristani tvari

Akceptorske pristani tvari su trivalentni atomi dodati poluprovodnicima, stvarajući prekomjerne rupe, formirajući p-tip poluprovodnike.