Dotierung NOCH NICHT FERITG!
[VIDEO]
[Aufbauend auf: Reine Halbleiter]
Einen solchen Reinen Halbleiter kann man nun auch Dotieren. Entweder P oder N dotieren.
Zunächst mal die Frage: Was
Ein reiner Halbleiter besteht aus einer Atom Art. Meist ist das Silizium. Betrachten wir das ganze bei 0K bilden alle Elektronen Elektronenpaare.
Es ist also kein Elektron allein.
[BILD]
Beim Dotieren nimmt man nun einige Silizium Atome aus dem Reinen Halbleiter heraus und ersetzt diese durch bestimmte andere Atome sogenannte Fremdatome.
Diese Fremdatome besitzen allerdings nicht mehr 4 Außenelektronen.
Doch wie viele Außenelektronen haben diese Fremdatome?
Je nachdem ob man den Halbleiter n oder p dotieren möchte haben die Fremdatome weniger oder mehr als 4 Außenelektronen.
Möchte man den Halbleiter N Dotieren nimmt man als Fremdatom ein Atom der 5. Hauptgruppe des Periodensystems sprich ein Atom mit 5 Außenelektronen. Z.B. wäre das Phosphor. Setzt man dieses dann in den reinen Halbleiter ein, binden sich zum Silizium allerdings nur 4 Stück. 1 Elektronen bleibt also übrig. Natürlich wird nicht nur ein Atom ersetzt, sondern mehrere und daher haben wir auch mehrere freie Elektronen. Diese freien Elektronen stehen dann zum Ladungstransport zur Verfügung. Also zur Leitung des Stroms.
Möchte man den Halbleiter P Dotieren nimmt man als Fremdatom ein Atom der 3. Hauptgruppe des Periodensystems somit ein Atom mit 3 Außenelektronen. Ein Beispiel hierfür wäre Bor. Setzt man diesen dann in den reinen Halbleiter ein verbinden sich alle 3 mit dem Silizium. Allerdings bleibt 1 Loch übrig da das Silizium ja 4 Außenelektronen besitzt. Dieses überschüssige Loch wird Defektelektron genannt. Hier gilt ebenfalls das man mehrere dieser Fremdatome in das reine Silizium bringt und man so mehrere Defektelektronen besitzt. Diese stehen dem Ladungstransport zur Verfügung.
Sehr wichtig ist, dass ein dotierter Halbleiter nach außen elektrisch neutral ist.
Nun haben wir gesehen wie man ein reinen Halbleiter n bzw. p dotiert. Nun gibt es hierzu allerdings auch Formeln und bestimmte Fachbegriffe auf die ich eingehen möchte.
Die sogenannte Ladungsträgerdichte ist beim n dotierten Halbleiter die Anzahl an frei beweglichen Elektronen und beim p dotierten Halbleiter die Anzahl an frei beweglichen Löchern. Abgekürzt mit nn beim n dotierten und pp beim p dotierten.
Beim n dotierten Halbleiter gibt es noch die Dichte der ionisierten Donatoratome Nd welche der Anzahl an Fremdatomen entspricht. Beim p dotierten Halbleiter entspricht die Dichte der ionisierten Akzeptoratome kurz Na der Anzahl an Fremdatomen.
Die Ladungsträgerdichte ist gleichgroß wie die Dichte der ionisierten Donator- bzw. Akzeptoratome. Also die Anzahl der frei beweglichen Elektronen und Löchern ist gleichgroß wie die Anzahl der Frendatome.
Um einen größen-Eindruck zu bekommen habe ich hier mal 2 Tabellen eingeblendet welche einerseits ein N dotierten Halbleiter und einen P dotierten Halbleiter mit jeweils starker und normaler Dotierung zeigt. Hier haben wir einmal die Donator- bzw. Akzeptoratomdichte sprich wie gesagt die Anzahl an Fremdatomen, dann zeigt die Siliziumatomdichte die Anzahl an Siliziumatomen und dann noch die Anzahl von Siliziumatomen pro Donatoratomen.
Beispielaufgabe
Gegeben:
ND = 5*10^15 cm^-3
Die Temperatur beträgt 300K
Gesucht:
Anzahl an frei beweglichen Elektronen.
Anzahl an freien Löchern.
Lösung:
Anzahl an frei beweglichen Elektronen:
Durch Donator erkennt man das es sich um ein n Dotierten Halbeiter handelt.
Da Anzahl an frei beweglichen Elektronen = Anzahl an Fremdatomen.
Das bedeutet hier: Die Anzahl an frei beweglichen Elektronen beträgt hier 5*10^15 cm^-3.
Anzahl an freien Löchern.
Formel:
pn = Eigenleitungsdichte ni ^2 / Ladungsträgerdichte nn bzw. kann man auch / Dichte der ionisierten Donatoratome Nd rechnen.
[Was ist: Eigenleitungsdichte?] //LINK SETZEN
= 4,5 * 10^4 cm^-3
-> 4,5 * 10^4 cm^-3 frei beweglichen Löcher.
Weitere Beispielsaufgabe