„Dópolás” változatai közötti eltérés
| [ellenőrzött változat] | [ellenőrzött változat] |
Tartalom törölve Tartalom hozzáadva
a [085] Tartalom nélküli tag AWB |
|||
1. sor:
A dópolással megváltoztatott jellemzőkkel bíró félvezetőket '''extrinszik félvezetőknek''', míg a dópolatlan félvezetőket ''[[Intrinszik félvezető|intrinszik]]'', vagy másképpen ''tiszta félvezetőknek'' nevezzük.
6. sor:
== Története ==
Tapasztalati megfigyelések már régóta rendelkezésre állnak a dópolás egyes hatásairól, melyeket rádiódetektorok és szelén egyenirányítók készítésekor már figyelembe vettek. A dópolás, mint tervezett szennyezés eljárását később [[John Robert Woodyard]] dolgozta ki a második világháború alatt folytatott [[Rádiólokátor|radar]] fejlesztéssel kapcsolatos kutatásai során.<ref><span contenteditable="false">[//www.google.com/patents/US2530110 U.S. Patent 2,530,110]
{{Csonk-szakasz}}
24. sor:
A szennyezők koncentrációjának emelésével általában nő a vezetőképesség, mivel nő azon töltéshordozók száma, melyek a vezetésben részt vehetnek. Szélsőséges mértékben dópolt (degenerált) félvezetők vezetési jellegüket tekintve már a fémekét közelíthetik meg, melyet egyes integrált áramkörökben ki is használnak, amikor fémek helyett ilyen erősen dópolt félvezetőket alkalmaznak. A félvezetők dópolási szintjének jelzésére bevett jelölés a dópolási típus betűjele feletti plusz- vagy mínuszjel, például ''n<sup>+</sup>'' jelölhet egy n-típusú, erősen dópolt, illetve degenerált félvezetőt. Hasonlóképpen ''p<sup>−</sup>'' jelölhet p-típusú, gyengén dópolt félvezetőt.
A félvezetők dópolásakor a szennyezők koncentrációja még erős dópolásnál is jelentősen elmarad az intrinszik összetevőkétől. A kristályos szilíciumban az atomsűrűség nagyjából 5×10<sup>22</sup> atom/cm³, míg bennük a tipikus dópolási koncentráció általában 10<sup>13</sup> cm<sup>−3</sup> to 10<sup>18</sup> cm<sup>−3</sup> körül alakul. Szilícium esetén szobahőmérsékleten jellemzően a 10<sup>18</sup> cm<sup>−3</sup> feletti dópolási szintek hoznak létre degenerált félvezetőt, ekkor a szennyezők aránya egy 1/1000 nagyságrendjébe esik. Gyengén dópolt szilíciumban ugyanez az arány tipikusan 1/1000000000 körül van. A dópolás mértékének változtatásával a félvezető tulajdonságok széles skálán változtathatók.
=== A sávszerkezet módosítása dópolással ===
31. sor:
A dópolás során a félvezetőbe juttatott szennyezők megengedett energiaszinteket alakítanak ki a tiltott sáv belsejében. A szennyezőket aszerint kategorizálják, hogy mely sávhoz vannak közel ezek az új állapotok. Donor állapotoknak nevezzük azokat az állapotokat, melyek a vezetési sáv alja közelében alakulnak ki és az ilyen állapotokat kialakító szennyezőket donor típusú szennyezőknek nevezzük. Hasonlóképpen, ha egy szennyező a vezetési sáv közepén alakít ki új állapotokat, akkor a szennyezőt akceptor szennyezőnek, az új állapotokat akceptor állapotoknak nevezzük. Az akceptor és donor állapotok energiaszintjére szokásos még a donor nívó és akceptor nívó elnevezéseket használni. Ezen energiaszintek és a hozzájuk közel eső sáv energiakülönbségét a dópolási nívó kötési energiájának nevezzük. Ez az ''E<sub>B</sub>'' energia jellemzően kicsi a tiltott sávhoz képest. Például bórral szennyezett szilícium esetén ez az energia 0,045 eV, mely a tiltott sáv 1,12 eV szélességéhez képest elég kicsi. Az ''E<sub>B</sub>'' kötési energia általában olyan kicsi, hogy szobahőmérsékleten létrejöhet a szennyező atomok termikus ionizációja, ami során szabad töltéshordozók jelennek meg a vezetési- vagy vegyértéksávban.
A szennyezők másik fontos hatása a sávok eltolása a [[Fermi-szint]]hez képest. A dópolás hatására a Fermi-szint közeledni fog ahhoz a sávhoz, mely közelében nagy koncentrációjú dópolással donor vagy akceptor nívót hozunk létre. Mivel termikus egyensúlyban egy rendszer minden pontján azonos a Fermi-szint, így például különféle módon dópolt rétegek egymásra helyezésével az egyes rétegek sávszerkezetében [[sávelhajlás]] jön létre, melynek sokféle elektromos alkalmazása van. Alapvető példa a p-n átmenet, melyben a kiürített tartományt az alakítja ki, hogy az egymás mellett kontaktusba hozott p és t tartományok között a Fermi-szint kiegyenlítődik, mely úgy lehetséges, ha a kontaktus közelében a két tartomány energiasávjai elhajlanak. A rétegszerkezetek sávelhajlásainak szokásos ábrázolása a sávdiagram, mely általában a vezetési és vegyértéksávok széleit, illetve a donor és akceptor nívókat mutatja valamilyen térbeli koordináta (gyakran a rétegszerkezet felületeire merőleges irány) függvényében. Gyakran érdemes az ábrán jelölni az egyensúlyi Fermi-szintet és a dópolás nélkül érvényes ''E<sub>i</sub>'' intrinszik Fermi-szintet is. Sávdiagramok segítségével sok félvezető eszköz működése könnyen szemléltethető.
=== Összefüggés a töltéshordozó-koncentrációval ===
Kis dópolási koncentráció esetén az energiaállapotokon kevés elektron vagy elektronlyuk található. Így leírásuk egyszerű összefüggésekkel lehetséges anélkül, hogy a [[Maxwell–Boltzmann-eloszlás]]t írnánk fel rájuk (ami végső soron a [[Pauli-elv|Pauli-féle kizárási elv]] következménye):
:<math>n_e = N_{\rm C}(T) \exp((E_{\rm F} - E_{\rm C})/kT), \quad n_h = N_{\rm V}(T) \exp((E_{\rm V} - E_{\rm F})/kT),</math>
''ahol ''<span class="texhtml ">''E''<sub>F</sub
:<math>n_i^2 = n_h n_e = N_{\rm V}(T) N_{\rm C}(T) \exp((E_{\rm V}-E_{\rm C})/kT),</math>
mely összefüggés a dópolástól nem változik, mivel <span class="texhtml ">''E''<sub>C</sub> - ''E''<sub>V</sub
A koncentrációk tehát megadhatók:
:<math>N_{\rm C}(T) = 2(2\pi m_e^* kT/h^2)^{3/2} \quad N_{\rm V}(T) = 2(2\pi m_v^* kT/h^2)^{3/2}.</math>
ahol <span class="texhtml ">''m''<sub>''e''</sub><sup>*</sup
=== Töltéskompenzáció ===
72. sor:
^{30}\mathrm{Si} \, (n,\gamma) \, ^{31}\mathrm{Si} \rightarrow \, ^{31}\mathrm{P} + \beta^- \; (\mathrm{T}_{1/2} = 2.62 h). </math>
A magreakciót úgy valósítják meg, hogy a dópolandó szilíciumot egy atomreaktorból származó neutronnyalábba helyezik. Ahogy a neutron áthalad a szilíciumon, egyre több magreakció jöhet létre, így a foszfor koncentrációja és ezzel a dópolás erőssége finoman beállítható. Az eljárást a nagy erőforrásigénye miatt ugyan ritkán alkalmazzák, de mivel igen uniform dópolási koncentráció érhető el, így egyes alkalmazások megkívánják a használatát.<ref>B. J. Baliga, ''[http://www.osti.gov/scitech/biblio/6719122 Modern Power Devices]'', p.32, John Wiley & Sons, New York (1987).</ref><ref>Schmidt, P. E., & Vedde, J. (1998). High resistivity NTD-production and applications. In ''Electrochemical Society Proceedings'' (Vol. 98, No. 13, p. 3).</ref
== Gyakori szennyezők ==
| |||