Kemi

Atomkristaller


Dopade halvledare

En halvledares konduktivitet beror mycket på dess renhet, vilket innebär att förorenade halvledare generellt leder bättre än högrenade halvledare. Detta faktum används genom att medvetet introducera främmande atomer i kristallgittret av rena inneboende halvledare. Denna process kallas doping. Dopade halvledare med definierade egenskaper produceras. Koncentrationen av dopningsämnena är ca 104 % fram tills 107 %. Beroende på antalet valenselektroner i dopningselementen skiljer man mellan n- och p-halvledare. Genom att kombinera n- och p-halvledare produceras elektroniska komponenter som dioder och transistorer.

N-halvledare

Exempel kisel / arsenik

Om ett element i huvudgrupp V, till exempel arsenik, är inbyggt i en halvledare, till exempel i en kiselkristall, så tar de isolerade arsenikatomerna kislets gitterställen. Det finns nu ett överskott av nödvändiga bindningselektroner, eftersom arsenikatomen bara behöver fyra av sina fem valenselektroner för att bilda diamantstrukturens fyra kovalenta bindningar. Den femte elektronen befinner sig i en energimässigt högre arsenikorbital, detta kallas donatornivån i bandschemat. Energiskillnaden mellan givarnivån och ledningsbandet är endast 0,04 i det nämnda exemplet eV till skillnad från 1.12 eV den förbjudna zonen i rent kisel. Den femte valenselektronen kan därför relativt enkelt lossas från atomens kärna och exciteras in i valensbandet, vilket orsakar elektrisk ledningsförmåga.

En lokalt bunden positiv laddning finns kvar på arsenikatomen, vilket motsvarar den tomma orbital som inte används för bindningen. Eftersom ledningen av denna halvledare huvudsakligen orsakas av de exciterade elektronerna, kallas den n-halvledare (n för negativ).

P-halvledare

Exempel kisel/indium

Om kisel är dopat med ett grundämne från huvudgrupp III, till exempel indium, så saknas en elektron per indiumatom för att bilda fyra bindningar. Indiumatomen har nu en tom orbital som innehåller en elektron från en intilliggande bindning, dvs från valensen band. Denna orbital kallas acceptornivån i bandmodellen. Indiumatomen tar emot den enda stationära negativa laddningen. Samtidigt skapas ett positivt hål, en defekt elektron som kan röra sig i kristallgittret, på en kiselatom. Eftersom ledningen orsakas av positiva hål kallas det en halvledare av p-typ.