Легирани полупроводници LEIFIphysik

Легирани полупроводници

Основни факти с един поглед

Прави се разлика между полупроводници с допинг и п допинг (за краткост n- или p-полупроводници).
В n-полупроводниците се създават свободно подвижни електрони на фона на положителни, неподвижни атомни ядра.
В случай на p-полупроводници, свободно подвижни "дупки" възникват на фона на отрицателни, неподвижни атомни ядра.

Фондация "Йоахим Херц" Фондация "Йоахим Херц"

Основни приложения на полупроводниците (например за диоди и транзистори) възникват само когато високо чистите кристали Si или Ge се смесват с елементи от III. или V основна група "замърсени" и по този начин тяхната проводимост се е увеличила. Единият описва целевата инсталация на елементи от III. или V. основна група в германиев или силициев кристал като Допинг.

Ако изграждате напр. Ако петавалентен елемент (например фосфор) е включен в силициев кристал, a n-полупроводници, при инсталиране на тривалентен елемент (напр. бор) a p-полупроводник.

n-полупроводници

Петзначните атоми (напр. Фосфор, арсен или антимон) имат 5 валентни електрона. Четири от тези външни електрони са необходими за включване в силициевия кристал (връзка на електронни двойки). Петият външен електрон е много слабо свързан с положителното атомно ядро на чуждия атом и се отделя от него с най-малкото снабдяване с енергия. Тогава остава положителното атомно ядро на чуждия атом (често се нарича донорен атом, тъй като той „доставя“ електрон), което е показано в тъмно червено в анимацията вдясно. За разлика от положителната дупка в случай на вътрешна проводимост, положителната атомна сърцевина на чуждия атом е неподвижна, тъй като всички връзки вече са наситени и няма електронен дефект.

Включването на донорен атом води до появата на свободни подвижни електрони и фиксирани положителни атомни ядра.

Освен това, разбира се, има и незначителен феномен на самопроводимост. Това води до движещи се електрони и дупки.

Като цяло мобилните носители на заряд в кристала са доминирани от отрицателните електрони (мажоритарни носители). Следователно кристалът се нарича n-полупроводник. Мобилните, положителни дупки изглеждат в много по-малка степен (малцинствени превозвачи).

Опростяване на представянето

Представянето на кристала с неговите решетъчни връзки е твърде сложно за допълнителни съображения. За да се разбере как работят диодите и транзисторите, е достатъчно да се знае, че n-полупроводниците имат предимно електрони като мобилни носители на заряд, които се движат на фона на положителни фиксирани заряди (атомни ядра на чужди атоми). Съседната анимация показва опростеното представяне на n-полупроводника.

Фондация „Йоахим Херц“

p-полупроводник

Тривалентните атоми (напр. Бор, галий или индий) имат само 3 валентни електрона. Необходими са обаче четири електрона за включване в силициевия кристал (връзка на електронна двойка). Ако температурите не са твърде ниски, сега има голяма вероятност чуждестранният атом да „извади“ електрон от околната среда, за да насити връзката. Следователно тривалентният чужд атом се нарича още акцепторен атом. По този начин се създава отрицателен стационарен заряд (син пръстен в анимацията) в местоположението на чуждия атом и положителна дупка в близост до чуждия атом, тъй като електронът е изтеглен от силициев атом.

Инсталирането на акцепторен атом води до свободни, подвижни дупки и неподвижни отрицателни атомни ядра.

Като цяло положителните дупки (мажоритарни носители) преобладават в кристала сред мобилните носители на заряд. Следователно кристалът се нарича p-полупроводник. Подвижните отрицателни електрони (малцинствени носители) изглеждат в много по-малка степен.

Опростяване на представянето

Представянето на кристала с неговите решетъчни връзки е твърде сложно за допълнителни съображения. Също така използваме опростено представяне за p-полупроводника, който показва подвижните отвори като червени кръгове. Те се движат над фона на отрицателни стационарни заряди (атомни ядра на чужди атоми).