Wann gelten in Halbleitern vom n-Typ Dotierstoffatome als positive Ionen?

Stellen Sie sich ein reines Stück Siliziumhalbleiter vor. Nehmen wir an, wir dotieren es mit Phosphor. Das zusätzliche Elektron in der äußersten Schale des Phosphors befindet sich in seinem Leitungsband, da es nicht Teil einer Bindung ist.

Meine Frage bezieht sich auf den Status des dotierten Phosphoratoms. Wann wird es als positives Ion betrachtet? Wenn sein freies Elektron in sein Leitungsband geht oder wenn ein E-Feld angelegt wird und sich dieses Elektron bewegt?

Antworten (1)

Wenn der Dotierstoff im Siliziumkristall implantiert (oder diffundiert) wird, verliert er sein Elektron "sofort" - das Elektron kann leicht um den Kristall herum driften (mit thermischer Energie).

Bei sehr niedrigen Temperaturen ist möglicherweise nicht genügend thermische Energie vorhanden, um den Dotierstoff zu ionisieren, und in diesem Fall wird ein Teil der Dotierstoffatome nicht ionisiert.

Wenn ein E-Feld angelegt wird, können sich die freien Elektronen mit dem Feld bewegen. In der Regel „schwirren“ sie schon wahllos durch thermische Energie herum; das E-Feld gibt ihnen nur eine zusätzliche Tendenz in diese Richtung.

Ich verstehe. Also werden auch in einem Halbleiter vom n-Typ einige Dotierstoffatome ionisiert, sobald die Implantation aufgrund der thermischen Energie erfolgt? Und wenn dann ein E-Feld angelegt wird, nehme ich an, dass dadurch noch mehr Dotierungsatome ionisiert werden können. Die Nettoladung des Materials vom N-Typ ist immer noch 0.
Nein. Beim Anlegen eines E-Feldes beginnen nun die (bereits freien) Träger im Feld zu driften. Erst wenn das e-Feld sehr stark wird, beginnen die (jetzt sehr schnellen) Ladungsträger, Siliziumatome zu ionisieren und mehr freie Ladungsträger zu erzeugen.
OK. Die Dotierungsatome verlieren also praktisch unmittelbar nach der Implantation ihr zusätzliches Elektron und werden zu positiven Ionen?
Ja. Die Implantation ist sehr energiereich (100 kV Energie) – implantierte Dotierstoffe werden bereits ionisiert implantiert. Danach gibt es einen Glühschritt, um den Schaden im Kristall zu reparieren.
Wann gelten in Halbleitern vom n-Typ Dotierstoffatome als positive Ionen?
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