Dotieren / Dotierung
Unter Dotieren oder Dotierung versteht man das gezielte Verändern der Leitfähigkeit von Halbleitern, in dem man in den reinen Halbleiterwerkstoff Fremdatome einbaut. Man spricht auch von Verunreinigen.
Donator / Donatoratom (n-Schicht)
Der Donator ist das Atom mit dem der Halbleiterwerkstoff für die n-Schicht verunreinigt wird.
Donator kommt von donare. Das ist lateinisch und bedeutet schenken. Jedes Donatoratom schenkt dem Werkstoff ein zusätzliches Elektron. Dieses Elektron ist frei und kann zur Entstehung eines Stroms beitragen. Jedes Elektron, das durch Dotieren eines Atoms dem Kristall hinzugefügt wird erhöht die Leitfähigkeit des Halbleiters.
Da jedes Elektron im dazugehörigen Atomkern ein Proton gegenüber steht, bleibt der Halbleiterwerkstoff durch das Dotieren trotzdem elektrisch neutral.
Donatoren bzw. Donatorenatome sind zum Beispiel:
- Phosphor (P) in Form von PH3, PCl3 oder POCl3
- Arsen (As) in Form von AsH3 oder As2O5
- Antimon (Sb)
Akzeptor / Akzeptoratom (p-Schicht)
Der Akzeptor ist das Atom, mit dem der Halbleiterwerkstoff für die p-Schicht verunreinigt wird.
Akzeptor kommt von accipere. Das ist lateinisch und bedeutet annehmen. Den Akzeptoratomen fehlt ein Elektron. Das führt im Halbleiter zu einem Loch. Im Kristall befindet sich eine offene Kristallbindung. Kommt ein Elektron aufgrund der thermischen Bewegung in die Nähe einer offenen Kristallbindung, dann wird es in diese offene Bindung gezogen. An der Stelle verschwindet das Loch. Die Bindung ist vollständig. An einer anderen Stelle ist wiederum ein Loch bzw. eine offene Bindung entstanden. Ständig wird ein Elektron in ein Loch gezogen und an einer anderen Stelle entsteht ein neues. Im spannungslosen Zustand wandern die Löcher ungeordnet.
Trotz der entstehenden freien Ladungsträger (Löcher) bleibt die Ladung des Halbleiterwerkstoffs durch das Dotieren elektrisch neutral.
Akzeptoren sind zum Beispiel:
- Aluminium (Al)
- Gallium (Ga)
- Indium (In)
- Bor (B) in Form von B2H6, BCl3 oder BN
n-Dotierung
Wenn in reines Silizium Phosphor (P) eingebaut wird, steht pro Phosphoratom (Donator) ein freies Elektron zur Verfügung. Da es sich bei den freien Elektronen um negativ geladene Ladungsträger handelt, spricht man von einem n-Leiter.
Schließt man eine Stromquelle an den n-Leiter an, so entzieht der Plus-Pol dem n-Leiter die Elektronen. Es entsteht ein Elektronenstrom von Minus nach Plus.
p-Dotierung
Wenn in reines Silizium Aluminium (Al) eingebaut wird, fehlt pro Aluminiumatom (Akzeptor) ein Elektron. Es entstehen Defektelektronen, die auch Löcher genannt werden. Da es sich bei den Löchern um einen Elektronikenmangel bzw. positive Ladung handelt, spricht man von einem p-Leiter.
Schließt man eine Stromquelle an den p-Leiter an, so fließen Elektronen vom Minus-Pol in den p-Leiter und rekombinieren mit den Löchern. Der Plus-Pol entzieht nun dem p-Leiter wieder die Elektronen. Es fließt ein Löcherstrom von Plus nach Minus.
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