Doppingolt félvezetők LEIFIphysik
Doppingolt félvezetők
A legfontosabb tények egy pillanat alatt
- Megkülönböztetnek n-adalékolt és p-adalékolt félvezetőket (röviden n- vagy p-félvezetőket).
- Az n-félvezetőkben szabadon mozgó elektronok jönnek létre pozitív, álló atommagok hátterén.
- A p-félvezetők esetében szabadon mozgatható "lyukak" keletkeznek negatív, álló atommagok hátterében.
Joachim Herz Alapítvány Joachim Herz Alapítvány
A félvezetők alapvető alkalmazásai (pl. Diódákhoz és tranzisztorokhoz) csak akkor merülnek fel, ha a nagyon tiszta Si vagy Ge kristályokat összekeverik a III. vagy V főcsoport "szennyezett" és így vezetőképességük nőtt. A III. vagy V. főcsoport germánium- vagy szilíciumkristályban, mint Dopping.
Ha például egy ötértékű elemet (pl. Foszfort) építenek szilíciumkristályba, akkor a n-félvezetők, háromértékű elem (pl. bór) telepítésekor a p-félvezető.
n-félvezetők
Ötértékű atomok (például: foszfor, arzén vagy antimon) 5 vegyértékű elektronnal rendelkeznek. Ezen külső elektronok közül négyre van szükség a szilíciumkristályba való beépüléshez (elektronpár kötés). Az ötödik külső elektron csak nagyon gyengén kötődik az idegen atom pozitív atommagjához, és a legkisebb energiaellátással is leválik róla. Ezután az idegen atom pozitív atommagja marad (amelyet gyakran donor atomnak neveznek, mivel "elektront szolgáltat"), amelyet sötétvörös színnel mutat a jobb oldali animáció. A belső vezetés pozitív lyukával ellentétben az idegen atom pozitív atommagja mozdulatlan, mivel az összes kötés már telített, és nincs elektronhiba.
A donor atom beépülése szabad, mozgékony elektronok és álló pozitív atommagok megjelenését eredményezi.
Emellett természetesen van egy kisebb jelenség is az önvezetés. Ez mozgó elektronokhoz és lyukakhoz vezet.
Összességében a kristályban lévő mobil töltéshordozókat negatív elektronok (többségi hordozók) uralják. A kristályt ezért n-félvezetőnek nevezzük. A mobil, pozitív lyukak sokkal kisebb mértékben jelennek meg (kisebbségi hordozók).
Az ábrázolás egyszerűsítése
A kristály rácskötéseinek ábrázolása túl összetett a további megfontolásokhoz. A diódák és tranzisztorok működésének megértéséhez elegendő tudni, hogy az n-félvezetők túlnyomórészt olyan elektronok, mint mobil töltéshordozók, amelyek pozitív álló töltések (idegen atomok atommagjai) hátterében mozognak. A szomszédos animáció az n-félvezető egyszerűsített ábrázolását mutatja.
Joachim Herz Alapítvány
p-félvezető
A háromértékű atomoknak (pl. Bór, gallium vagy indium) csak 3 vegyértékű elektron van. A szilíciumkristályba való beépüléshez azonban négy elektronra van szükség (elektronpár kötés). Ha a hőmérséklet nem túl alacsony, akkor nagy a valószínűsége annak, hogy az idegen atom "elhozza" a környezetből egy elektront a kötés telítésére. A háromértékű idegen atomot ezért akceptorrá is nevezik. Ily módon negatív rögzített töltés (az animációban kék gyűrű) keletkezik az idegen atom helyén és pozitív lyuk az idegen atom közelében, mivel egy elektron kivonásra került a szilícium atomból.
Az elfogadó atom telepítése szabad, mozgatható lyukakat és álló negatív atommagokat eredményez.
Emellett természetesen van egy kisebb jelenség is az önvezetés. Ez mozgó elektronokhoz és lyukakhoz vezet.
Összességében a pozitív lyukak (többségi hordozók) vannak túlsúlyban a kristályban a mobil töltéshordozók között. A kristályt ezért p-félvezetőnek nevezzük. A mobil, negatív elektronok (kisebbségi hordozók) sokkal kisebb mértékben jelennek meg.
Az ábrázolás egyszerűsítése
A kristály rácskötéseinek ábrázolása túl összetett a további megfontolásokhoz. A p-félvezetőhöz egyszerűsített ábrázolást is alkalmazunk, amely a mozgatható lyukakat piros körökként mutatja. Negatív álló töltések (idegen atomok atommagjai) háttér felett mozognak.