Dopované polovodiče LEIFIphysik
Dopované polovodiče
Kľúčové fakty v skratke
- Rozlišuje sa medzi n-dopovanými a p-dopovanými polovodičmi (krátke n- alebo p-polovodiče).
- V n-polovodičoch sa vytvárajú voľne pohyblivé elektróny na pozadí pozitívnych stacionárnych atómových jadier.
- V prípade p-polovodičov vznikajú voľne pohyblivé „diery“ na pozadí negatívnych stacionárnych atómových jadier.
Nadácia Joachima Herza Nadácia Joachima Herza
Základné aplikácie polovodičov (napr. Pre diódy a tranzistory) vznikajú až vtedy, keď sú vysoko čisté kryštály Si alebo Ge zmiešané s prvkami z III. alebo V hlavná skupina „kontaminovaná“ a tým sa zvýšila ich vodivosť. Konkrétna inštalácia prvkov III. alebo V. hlavná skupina v kryštáli germánia alebo kremíka ako Doping.
Ak je napríklad v kryštáli kremíka zabudovaný päťmocný prvok (napr. Fosfor), a n-polovodiče, pri inštalácii trojmocného prvku (napr. bóru) a p-polovodič.
n-polovodiče
Atómy s piatimi hodnotami (napr. Fosfor, arzén alebo antimón) majú 5 valenčných elektrónov. Štyri z týchto vonkajších elektrónov sú potrebné na zabudovanie do kremíkového kryštálu (väzba elektrónových párov). Piaty vonkajší elektrón je iba veľmi slabo viazaný na kladné atómové jadro cudzieho atómu a oddeľuje sa od neho s najmenším prívodom energie. Zostáva potom pozitívne atómové jadro cudzieho atómu (často sa označuje ako donorový atóm, pretože „dodáva“ elektrón), ktoré je v animácii naľavo zobrazené tmavočervenou farbou. Na rozdiel od pozitívneho otvoru v prípade vlastného vedenia je pozitívne atómové jadro cudzieho atómu nehybné, pretože všetky väzby sú už nasýtené a nie je v nich žiadny elektrónový defekt.
Začlenenie donorového atómu vedie k vzniku voľných mobilných elektrónov a stacionárnych pozitívnych atómových jadier.
Okrem toho samozrejme existuje aj menší fenomén sebakontroly. To vedie k pohybu elektrónov a dier.
Celkovo v nosičoch mobilných nábojov v kryštáli dominujú záporné elektróny (väčšina nosičov). Kryštál sa preto nazýva n-polovodič. Mobilné pozitívne diery sa objavujú v oveľa menšej miere (menšinoví dopravcovia).
Zjednodušenie znázornenia
Reprezentácia kryštálu s jeho mriežkovými väzbami je pre ďalšie úvahy príliš zložitá. Aby sme pochopili, ako fungujú diódy a tranzistory, stačí vedieť, že n-polovodiče majú ako nosiče mobilného náboja prevažne elektróny, ktoré sa pohybujú na pozadí kladných stacionárnych nábojov (atómové jadrá cudzích atómov). Susedná animácia zobrazuje zjednodušené znázornenie n-polovodiča.
Nadácia Joachima Herza
p-polovodič
Trojmocné atómy (napr. Bór, gálium alebo indium) majú iba 3 valenčné elektróny. Na zabudovanie do kremíkového kryštálu (väzba elektrónových párov) sú však potrebné štyri elektróny. Ak teplota nie je príliš nízka, je dnes veľká pravdepodobnosť, že cudzí atóm „získa“ elektrón z okolia, aby nasýtil väzbu. Trojmocný cudzí atóm sa preto nazýva aj akceptorový atóm. Týmto spôsobom sa vytvorí negatívny stacionárny náboj (modrý krúžok v animácii) v mieste cudzieho atómu a pozitívny otvor v blízkosti cudzieho atómu, pretože elektrón bol stiahnutý z atómu kremíka.
Inštalácia akceptorového atómu vedie k vzhľadu voľných, pohyblivých dier a stacionárnych negatívnych atómových jadier.
Okrem toho samozrejme existuje aj menší fenomén sebakontroly. To vedie k pohybu elektrónov a dier.
Celkovo pozitívne otvory (väčšinové nosiče) prevažujú v kryštáli medzi mobilnými nosičmi náboja. Kryštál sa preto nazýva p-polovodič. Mobilné negatívne elektróny (menšinové nosiče) sa objavujú v oveľa menšej miere.
Zjednodušenie znázornenia
Reprezentácia kryštálu s jeho mriežkovými väzbami je pre ďalšie úvahy príliš zložitá. Zjednodušené znázornenie používame aj pre p-polovodič, ktorý ukazuje pohyblivé otvory ako červené kruhy. Pohybujú sa nad pozadím negatívnych stacionárnych nábojov (atómové jadrá cudzích atómov).