Yönetici ve Alıcı Kirlilikler Yarıiletkenlerde

Doping Tanımı

Doping, bir yarıiletkenin elektrik geçirgenlik özelliklerini değiştirmek için ona safsızlıklar eklemek sürecidir.

Verici Saflızlıklar

Verici saflızlıklar, yarıiletkenlere eklenerek fazladan özgür elektronlar katkıda bulunan beşdeğerli atomlardır ve bu nedenle n-tipi yarıiletkenler oluştururlar.

N-Tipi Yarıiletken

N-tipi veya verici saflızlıklar yarıiletkenlere eklenince, kafes yapısındaki yasak enerji bandı daralır. Verici atomlar, iletim bandının hemen altında yeni enerji seviyeleri getirir. Bu seviyeler, saflık atomlarının birbirinden uzak olması ve minimal etkileşim göstermesi nedeniyle ayrık olur. Jermanyumda enerji bandı 0,01 eV, silisyumda ise oda sıcaklığında 0,05 eV'dir. Bu nedenle, oda sıcaklığında, verici atomlardan gelen beşinci elektron iletim bandına girer. Artan elektron sayısı daha az delik sayısına yol açar.

Birim hacimdeki delik sayısı, n-tipi yarıiletkenlerde aynı sıcaklıkta aynı birim hacimdeki içsel yarıiletkenlerden daha düşüktür. Bu, fazla elektronların ve dolayısıyla daha yüksek oranlı elektron-delik çiftlerinin yeniden birleşmesi nedeniyledir.

P-Tipi Yarıiletken

Eğer beşdeğerli saflık yerine üçdeğerli bir saflık içsel yarıiletkenlere eklenirse, kristalde fazla elektron yerine fazla delik oluşur. Üçdeğerli saflık atomları, dörtlü değerli yarıiletken atomlarının bazılarını değiştirir. Üçdeğerli saflık atomunun üç valans elektronu, komşu yarıiletken atomlarıyla bağ kurar. Bu nedenle, dördüncü komşu yarıiletken atomun bir bağında elektron eksikliği olur ve bu da kristale bir delik katkıda bulunur. Üçdeğerli saflıklar yarıiletken kristaline fazla delik katkıda bulunduğundan ve bu delikler elektronları kabul edebildiğinden, bu saflıklara kabul edici saflıklar denir. Delikler pozitif yük taşıdığı için, bu saflıklar pozitif tip ya da p-tip saflıklar olarak adlandırılır ve p-tip saflıklar içeren yarıiletkenlere p-tipi yarıiletken denir.

Üçdeğerli saflıkların yarıiletkenlere eklenmesi, valans bandının hemen üstünde ayrık bir enerji seviyesi oluşturur. Valans bandı ile bu yeni enerji seviyesi arasındaki küçük boşluk, elektronların dışsal az miktardaki enerji ile kolayca daha yüksek seviyeye geçmesine olanak sağlar. Bir elektron bu yeni seviyeye geçtiğinde, valans bandında bir boşluk veya delik bırakır.

Yarıiletkenlere n-tipi saflık eklediğimizde, kristalde fazla elektron olur ancak bu, herhangi bir delik olmayacağı anlamına gelmez. Yarıiletkenin içsel doğası nedeniyle, oda sıcaklığında yarıiletkenlerde her zaman bazı elektron-delik çiftleri vardır. N-tipi saflıkların eklenmesi, elektronların bu elektron-delik çiftlerine eklenmesine ve aynı zamanda fazla rekombinasyon nedeniyle delik sayısının azalmasına neden olur. Bu nedenle, n-tipi yarıiletkenlerde toplam negatif yük taşıyıcıları veya özgür elektronların sayısı, deliklerden daha fazladır. Bu yüzden, n-tipi yarıiletkenlerde elektronlar çoğunluk yük taşıyıcıları, delikler ise azınlık yük taşıyıcıları olarak adlandırılır. Benzer şekilde, p-tipi yarıiletkenlerde delikler çoğunluk yük taşıyıcıları, elektronlar ise azınlık yük taşıyıcıları olarak adlandırılır.

Kabul Edici Saflıklar

Kabul edici saflıklar, yarıiletkenlere eklenerek fazla delik oluşturan üçdeğerli atomlardır ve bu nedenle p-tipi yarıiletkenler oluştururlar.