Kluczowa różnica między zanieczyszczeniami donorowymi i akceptorowymi polega na tym, że pierwiastki z grupy V układu okresowego zwykle działają jako zanieczyszczenia donorowe, podczas gdy pierwiastki z grupy III zazwyczaj działają jako zanieczyszczenia akceptorowe.
Doping to proces polegający na dodawaniu zanieczyszczeń do półprzewodnika. Domieszkowanie jest ważne w zwiększaniu przewodnictwa półprzewodnika. Istnieją dwie główne formy dopingu i są to doping dawcy i doping biorcy. Domieszkowanie dawcy dodaje zanieczyszczenia do dawcy, podczas gdy domieszkowanie akceptora dodaje zanieczyszczenia do akceptora.
Czym są zanieczyszczenia pochodzące od dawców?
Zanieczyszczenia dawcy to pierwiastki dodawane do dawcy w celu zwiększenia przewodności elektrycznej tego dawcy. Pierwiastki z grupy V układu okresowego są powszechnymi zanieczyszczeniami donorowymi. Donor to atom lub grupa atomów, które mogą tworzyć regiony typu n po dodaniu do półprzewodnika. Typowym przykładem jest krzem (Si).
Rysunek 1: Obecność dawcy w siatce silikonowej
Pierwiastki grupy V, które często służą jako zanieczyszczenia dawcy, obejmują arsen (As), fosfor (P), bizmut (Bi) i antymon (Sb). Pierwiastki te mają pięć elektronów w swojej najbardziej zewnętrznej powłoce elektronowej (jest pięć elektronów walencyjnych). Po dodaniu jednego z tych atomów do donora, takiego jak krzem, zanieczyszczenie zastępuje atom krzemu, tworząc cztery wiązania kowalencyjne. Ale teraz jest wolny elektron, ponieważ było pięć elektronów walencyjnych. Dlatego elektron ten pozostaje jako swobodny elektron, co zwiększa przewodność półprzewodnika. Ponadto liczba atomów zanieczyszczeń określa liczbę wolnych elektronów obecnych w dawcy.
Czym są zanieczyszczenia akceptora?
Zanieczyszczenia akceptora to pierwiastki dodawane do akceptora w celu zwiększenia przewodności elektrycznej tego akceptora. Pierwiastki z grupy III są powszechne jako zanieczyszczenia akceptorowe. Pierwiastki z grupy III to glin (Al), bor (B) i gal (Ga). Akceptor jest domieszką, która tworzy regiony typu p po dodaniu do półprzewodnika. Atomy te mają trzy elektrony walencyjne w swoich najbardziej zewnętrznych powłokach elektronowych.
Rysunek 2: Obecność akceptora w siatce silikonowej
Po dodaniu jednego z atomów zanieczyszczeń, takich jak aluminium, do akceptora, zastępuje on atomy krzemu w półprzewodniku. Przed tym dodatkiem atom krzemu ma wokół siebie cztery wiązania kowalencyjne. Gdy aluminium zajmuje pozycję krzemu, atom glinu tworzy tylko trzy wiązania kowalencyjne, co z kolei skutkuje brakiem wiązania kowalencyjnego. Tworzy to wolny punkt lub dziurę. Otwory te są jednak przydatne w przewodzeniu prądu. Wraz ze wzrostem liczby dodanych atomów zanieczyszczeń zwiększa się również liczba dziur występujących w półprzewodniku. Ten dodatek z kolei zwiększa przewodność. Po zakończeniu procesu domieszkowania półprzewodnik staje się półprzewodnikiem zewnętrznym.
Jaka jest różnica między zanieczyszczeniami dawcy i biorcy?
Zanieczyszczenia dawcy kontra akceptant |
|
| Zanieczyszczenia dawcy to pierwiastki dodane do dawcy w celu zwiększenia przewodności elektrycznej tego dawcy. | Zanieczyszczenia akceptora to pierwiastki dodawane do akceptora w celu zwiększenia przewodności elektrycznej tego akceptora. |
|
Powszechne zanieczyszczenia | |
| Elementy grupy V | Elementy grupy III |
| Przykłady zanieczyszczeń | |
| Arsen (As), fosfor (P), bizmut (Bi) i antymon (Sb). | Aluminium (Al), bor (B) i gal (Ga) |
| Proces | |
| Zwiększ ilość wolnych elektronów w półprzewodniku. | Zwiększ ilość otworów obecnych w półprzewodniku. |
| Elektrony walencyjne | |
| Atomy mają pięć elektronów walencyjnych. | Atomy mają trzy elektrony walencyjne. |
| Wiązanie kowalencyjne | |
| Tworzy cztery wiązania kowalencyjne wewnątrz półprzewodnika, pozostawiając piąty elektron jako wolny elektron. | Tworzy trzy wiązania kowalencyjne wewnątrz półprzewodnika, pozostawiając dziurę, w której brakuje wiązania kowalencyjnego. |
Podsumowanie – Zanieczyszczenia dawcy kontra biorca
Półprzewodniki to materiały przewodzące pomiędzy izolatorami, które nie są przewodnikami, a metalami, które są przewodnikami. Donory i akceptory to domieszki, które tworzą obszary przewodzące w półprzewodnikach. Domieszkowanie donora i akceptora to procesy zwiększające przewodnictwo elektryczne półprzewodnika. Kluczowa różnica między zanieczyszczeniami donorowymi i akceptorowymi polega na tym, że pierwiastki z grupy III układu okresowego działają jako zanieczyszczenia donorowe, podczas gdy pierwiastki z grupy V działają jako zanieczyszczenia akceptorowe.
