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.