Dotierung - pheef

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Dotierung

Was bedeutet „Dotierung“ bei Halbleitern?
Es handelt sich um gezieltes Einbringen von Fremdatomen in den Gitterverbund von Halbleitern. Man spricht auch von “verunreinigen“. Wirkung: Veränderung des Leitungsverhaltens .
Diese basiert – wie schon erwähnt - auf der Leitung von
a) Elektronen und
b) Löchern (Defzit-Elektronen).

Donatoratom (n-Schicht)
Donatoren sind Atome, die den der Halbleiterwerkstoff der n-Schicht verunreinigen (donare: lateinisch „schenken“). Jedes Donator-Atom schenkt gleichsam dem Werkstoff ein zusätzliches Elektron. Dieses Elektron ist frei und kann zur Entstehung eines Flusses von Strom beitragen. Mit der Menge der Elektronen, die durch das Dotieren eines Atoms dem Kristall hinzugefügt werden, wächst die Leitfähigkeit des Halbleiters.
Da jedem Elektron im dazugehörigen Atomkern ein Proton gegenüber steht, bleibt der Halbleiterwerkstoff durch das Dotieren elektrisch neutral.
                                 

Akzeptoratom (p-Schicht)
Akzeptoren sind Atome, die den der Halbleiterwerkstoff der p-Schicht verunreinigen (accipere: lateinisch „annehmen, akzeptieren“).
Den Akzeptor-Atomen fehlt ein Elektron. Das führt im Halbleiter zu einem Loch. Im Kristall befindet sich eine offene Bindung. Kommt ein Elektron in die Nähe einer offenen Position, wird es in diese leere Bindung gezogen. Das Loch verschwindet. Die Bindung ist hier wieder vollständig. Dafür tut sich an einer anderen Stelle ein Loch auf. Es ergibt sich eine andere offene Bindung. Ständig wird ein Elektron in ein Loch gezogen und an einer anderen Stelle entsteht ein neues. Im spannungslosen Zustand wandern die Löcher ungeordnet.
Die Dotierelemente werden in die Gitterstruktur des Halbleiterkristalls eingebaut.
Die Anzahl der Außenelektronen bestimmt die Art der Dotierung. Elemente mit drei Valenzelektronen werden zur p-Dotierung benutzt, fünf-wertige Elemente zur n-Dotierung.
Die Leitfähigkeit eines gezielt verunreinigten Siliciumkristalls lässt sich damit um den Faktor 106 verbessern.
Nochmal: Nach außen sind dotierte Halbleiter elektrisch neutral.
Die Bezeichnungen n- bzw. p-Dotierung beziehen sich nur auf die Majoritätsladungsträger.
Es sind beim pn-Übergang diejenigen Ladungsträger, die sich in dem von der Dotierung vorgegebenen Bereich befinden:
a) Elektronen im n- und
b) Löcher im p-Gebiet.

N- und p-dotierte Halbleiter verhalten sich in Bezug auf den Stromfluss annähernd gleich. Mit steigender Anzahl an Dotierelementen wächst die Zahl der Ladungsträger im Halbleiterkristall.
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