Video: Incomplete ionization of dopants in semiconductors 2024
Diodes en transistors zijn gemaakt van halfgeleiders zoals silicium en germanium. Pure halfgeleiders zullen geen elektrische stroom geleiden, maar als u dope een halfgeleider door het toevoegen van bepaalde soorten onzuiverheden, bekend als doteermiddelen , verandert u de elektrische eigenschappen van de halfgeleider en zal deze gedrag wanneer een voltage op precies de juiste manier wordt toegepast.
De atomen van een zuivere halfgeleider, zoals silicium, worden bij elkaar gehouden door sterke covalente bindingen in een driedimensionale kristallijne structuur. Elk siliciumatoom deelt de 8 valentie (buitenste) elektronen met aangrenzende atomen. Door een zuiver halfgeleidermateriaal te doteren, verstoort u zijn verbindingen en maakt u ladingsdragers vrij .
Dopants zijn geen dope; ze proberen zich te vermommen als een van de atomen van het kristal, in een poging zich te verbinden met de andere atomen, maar ze zijn net anders genoeg om de boel een beetje op te zwepen. Een arseenatoom heeft bijvoorbeeld één buitenste elektron dan een atoom van silicium. Wanneer je een kleine hoeveelheid arseen toevoegt aan een hoop siliciumatomen, komen alle arseenatomenspieren binnen, hechtend aan de siliciumatomen, maar laat het zijn extra elektron door het kristal ronddrijven. Hoewel het gedoteerde materiaal elektrisch neutraal is, bevat het nu een reeks vrije elektronen die doelloos ronddwalen - waardoor het veel meer geleidend wordt. Door het silicium te doteren, verandert u van elektrische eigenschappen: overal waar het doteermiddel wordt toegevoegd, wordt het silicium beter geleidend.
Een andere manier om halfgeleiders te dopen is om materialen zoals boor te gebruiken, waarbij elk atoom één minder valentie-elektron heeft dan een siliciumatoom. Voor elk booratoom dat je toevoegt aan een siliciumkristal, krijg je een zogenoemde gat in de kristallijne structuur waar een buitenste elektron zou moeten zijn. Overal waar een gat in de structuur zit, is de binding die de atomen bij elkaar houdt zo sterk, dat het een elektron steelt van een ander atoom om het gat te vullen, en ergens een gat achterlaat, dat vervolgens wordt opgevuld door een ander elektron, enzovoort.
Je kunt dit proces zien als het gat dat zich in het kristal beweegt. (Nou, de elektronen bewegen, maar het lijkt erop dat de positie van het gat in beweging blijft.) Omdat elk gat een ontbrekend elektron vertegenwoordigt, heeft de beweging van gaten hetzelfde effect als een stroom positieve ladingen.
Onzuiverheden die elektronen (negatieve ladingen) vrijmaken om door een halfgeleider te bewegen, worden donor doteringen , genoemd en de gedopeerde halfgeleider staat bekend als een N-type halfgeleider . Arsenicum is een typische donor-dopant.
Onzuiverheden (zoals borium) die openingen (zoals positieve ladingen) vrijmaken om door een halfgeleider te bewegen, worden acceptordoteringen , genoemd en de gedopeerde halfgeleider staat bekend als een P- type halfgeleider . Borium is een typische acceptordoteerstof.
Als u een spanningsbron over een N-type of een P-type halfgeleider aanbrengt, werkt de gedoteerde halfgeleider als een geleider en laat deze stroom vloeien. Maar als u een N-type en P-type halfgeleider combineert, stroomt er maar één richting door de pn-overgang - en alleen onder bepaalde spanningsvoorwaarden. Door verschillende combinaties van P-typen en N-typen te maken, maakt u verschillende soorten dioden en transistoren.
