Elektronik: Dotierende Halbleiter - Dummys

Dioden und Transistoren bestehen aus Halbleitern wie Silizium und Germanium. Reine Halbleiter leiten keinen elektrischen Strom, aber wenn Sie einen Halbleiter dotieren, indem Sie bestimmte Arten von Verunreinigungen hinzufügen, bekannt als -Dotanden , ändern Sie die elektrischen Eigenschaften des Halbleiters. führen, wenn eine Spannung auf die richtige Weise angelegt wird. Die Atome eines reinen Halbleiters, wie zum Beispiel Silizium, werden durch starke kovalente Bindungen in einer dreidimensionalen kristallinen Struktur zusammengehalten. Jedes Siliziumatom teilt seine 8 Valenz (äußeren) Elektronen mit benachbarten Atomen. Durch die Dotierung eines reinen Halbleitermaterials werden die Bindungen gestört und Ladungsträger freigesetzt

.

Dotanden sind keine Dope; Sie versuchen sich als eines der Kristallatome auszugeben und versuchen, sich mit den anderen Atomen zu verbinden, aber sie sind einfach anders genug, um die Dinge ein wenig aufzumischen. Zum Beispiel hat ein Atom von Arsen ein mehr äußeres Elektron als ein Atom von Silizium. Wenn Sie einem Bündel von Siliziumatomen eine kleine Menge Arsen hinzufügen, drängt jedes Arsenatom seinen Weg, wobei es sich mit den Siliziumatomen verbindet, aber sein zusätzliches Elektron durch den Kristall driftet. Obwohl das dotierte Material elektrisch neutral ist, enthält es nun ein Bündel von freien Elektronen, die ziellos umherwandern - was es viel leitfähiger macht. Durch die Dotierung des Siliziums verändern Sie seine elektrischen Eigenschaften: Überall dort, wo der Dotierstoff hinzugefügt wird, wird das Silizium leitfähiger.

Ein anderer Weg, um Halbleiter zu dotieren, ist die Verwendung von Materialien wie Bor, bei denen jedes Atom ein

weniger Valenzelektron hat als ein Siliciumatom. Für jedes Boratom, das Sie einem Siliziumkristall hinzufügen, erhalten Sie ein sogenanntes Loch in der Kristallstruktur, in der sich ein äußeres Elektron befinden sollte. Wo immer es ein Loch in der Struktur gibt, ist die Bindung, die die Atome zusammenhält, so stark, dass es ein Elektron von einem anderen Atom stiehlt, um das Loch zu füllen, ein Loch irgendwo übrig lässt, das dann von einem anderen Elektron gefüllt wird, und so weiter.

Sie können sich diesen Vorgang als das sich im Kristall bewegende Loch vorstellen. (Nun, die Elektronen bewegen sich, aber es sieht so aus, als würde sich die Position des Lochs weiter bewegen.) Da jedes Loch ein fehlendes Elektron darstellt, hat die Bewegung von Löchern den gleichen Effekt wie ein Fluss positiver Ladungen.

Verunreinigungen, die Elektronen (negative Ladungen) freisetzen, um sich durch einen Halbleiter zu bewegen, werden

Donatordotierungen , genannt, und der dotierte Halbleiter ist als N-Typ-Halbleiter bekannt. Arsen ist ein typischer Donatordotierstoff. Verunreinigungen (wie Bor), die Löcher (wie positive Ladungen) freisetzen, um sich durch einen Halbleiter zu bewegen, werden

Akzeptordotanden , genannt und der dotierte Halbleiter wird als P- bezeichnet. Typ Halbleiter . Bor ist ein typischer Akzeptor-Dotierstoff. Wenn Sie eine Spannungsquelle über einen N-Typ oder einen P-Typ-Halbleiter legen, verhält sich der dotierte Halbleiter wie ein Leiter und lässt Strom fließen. Wenn Sie jedoch einen N-Typ und einen P-Typ-Halbleiter kombinieren, fließt Strom nur in einer Richtung durch den PN-Übergang - und nur unter bestimmten Spannungsbedingungen. Indem Sie verschiedene Kombinationen von P-Typen und N-Typen erstellen, erstellen Sie verschiedene Arten von Dioden und Transistoren.