Ich habe mich mit den zwei Arten der Dotierung beschäftigt, die zu Halbleitern vom p- und n-Typ führen. Ich habe auch erfahren, dass sie neutral sind. Aber wie kann es sein?
Ist die positive Ladung (Löcher) beim p-Typ und die negative Ladung beim n-Typ vernachlässigbar klein, um die Gesamtneutralität der Substanz zu beeinträchtigen? Aber wie können Halbleiter in diesem Fall mit sehr wenigen Löchern oder negativen Ladungen so funktionieren, wie sie es tatsächlich tun?
Also, ich denke, es gibt eine andere mögliche Erklärung und ich würde gerne die richtige wissen.
Die Begriffe n- und p-dotiert beziehen sich nur auf die Majoritätsladungsträger. Jeder positive oder negative Ladungsträger gehört zu einem festen negativ oder positiv geladenen Dotierstoff.
Materialien vom p- und n-Typ sind NICHT positiv und negativ geladen.
Ein Material vom n-Typ selbst hat hauptsächlich negative Ladungsträger (Elektronen), die sich frei bewegen können, aber es ist immer noch neutral, weil die festen Donoratome, die Elektronen gespendet haben, positiv sind.
In ähnlicher Weise hat Material vom p-Typ selbst hauptsächlich positive Ladungsträger (Löcher), die sich relativ frei bewegen können, aber es ist immer noch neutral, weil die fixierten Akzeptoratome, die Elektronen aufgenommen haben, negativ sind.
http://www.halbleiter.org/en/fundamentals/doping/
http://uk.answers.yahoo.com/question/index?qid=20110422034224AAINiGl
Google ist auch dein Freund.
Nun, es gibt keinen Grund, den dotierten Halbleiter aufzuladen; entweder positiv oder negativ. Jedes einzelne Atom im Halbleiter kam mit seiner vollen Anzahl an Elektronen, also hat das Ganze keinen Ladungsüberschuss oder -mangel.
Wenn der Halbleiter beispielsweise Silizium ist, hat jedes Si-Atom 4 Valenzelektronen. Wenn Sie es mit Bor, einem Atom der Gruppe III, vom Typ P dotieren, hat jedes B-Atom nur 3 Valenzelektronen. Wenn Sie es mit Phosphor vom Typ N dotieren, ist dies ein Element der Gruppe V, sodass jedes Atom mit 5 Valenzelektronen ausgestattet ist. Aber beide Arten von Dotierungsatomen sind immer noch ladungsneutral.
Wenn ein B-Atom ein Si-Atom im Kristall ersetzt, hat eines der Si-Valenzelektronen keinen Partner von Bor, und wenn ein P-Atom ein Si-Atom ersetzt, dann hat das P-Atom ein Elektron ohne Partner von einem Si-Atom; aber es ist immer elektrisch neutral (der ganze Kristall)
Einfach intrinsischer Halbleiter ist neutral, wenn wir einen neutralen Dotierstoff hinzufügen, ist es offensichtlich, dass die Gesamtladung neutral sein wird :)
Wenn der Halbleiter gleichermaßen mit n- und p-Dotierstoffen dotiert ist, "vernichten" sich Elektronen und Löcher, und Sie erhalten fast "neutrales" Material.
Natürlich verschlechtert ein hohes Niveau einer solchen "neutralen" Dotierung die Halbleiterspezifikationen (wie die Elektronen- / Lochmobilität).
Wenn es mehr n-Typ-Dotierstoffe als p-Typ-Dotierstoffe gibt, erhalten Sie einen n-Typ-Halbleiter, der fast so funktioniert, als gäbe es keine p-Typ-Verunreinigungen und umgekehrt.
Ein Atom enthält nicht nur die Elektronen, sondern auch den Kern, der aus ebenso vielen Protonen besteht. Daher ist ein Atom neutral.
Der Grund, warum Ihr dotierter Halbleiter eine neutrale Ladung trägt, liegt darin, dass er die gleiche Anzahl von Elektronen wie Protonen hat, sei es mit Bor oder mit Phosphor dotiert.
Während der gesamte Kristall neutral bleibt, erhöhen Sie durch die Dotierung die Leitfähigkeit des Halbleiters enorm. Und damit die Spezialität Halbleiter und Dotierung.
Insgesamt ist der pn-Kristall neutral. Wenn nicht, würden wir es sofort spüren. Tatsächlich ist es eine lustige Übung, zu berechnen, wie viele Elektronen benötigt würden, um eine erhebliche Kraft zu erzeugen, die beispielsweise dem Gewicht eines Autos entspricht. Die Antwort ist überraschenderweise nicht sehr viele. Dies liegt daran, dass die elektrostatische Kraft relativ stark ist. Ich erwähne dies, um zu zeigen, dass die Substanz wahrscheinlich nicht stabil wäre, wenn sie auch nur ein kleines Ungleichgewicht in der Anzahl positiver und negativer Träger hätte.
Wenn Leute jetzt über P- oder N-Doping sprechen, meinen sie Folgendes. Jedes Atom des Materials vom P- oder N-Typ ist ebenfalls neutral. Wenn sie jedoch nebeneinander platziert werden, verursachen sie interessante Dinge. Eines der äußeren Elektronen des N-Atoms „fühlt“ nämlich, dass das P-Atom ein „Loch“ zur Verfügung hat (genauere Terminologie wäre ein „Quantenzustand“). Aufgrund quantenmechanischer Effekte besteht eine Wahrscheinlichkeit ungleich Null, dass das Elektron zu diesem Loch übergeht. Sobald es übergeht, hat das N jetzt ein Elektron weniger und P hat ein zusätzliches Elektron. Jetzt haben wir ein kleines Ungleichgewicht: N - leicht positiv und P - leicht negativ. Genau so entsteht der PN-Übergang.
Wenn wir den Übergang vorspannen, dh eine Spannung oder eine Potentialdifferenz daran anlegen, fördern wir einfach bestimmte Quantenübergänge. Vorwärtsvorspannung bedeutet, dass wir die Elektronen ermutigen, sich von der N-Region in Richtung P-Region zu bewegen. Auf dem Weg zwischen beiden müssen sie natürlich die „natürliche“ Barriere überwinden, die sich wie oben beschrieben gebildet hat. Diese Barriere ist der typische Potentialabfall von 0,1–0,8 V eines in Vorwärtsrichtung vorgespannten Halbleiterbauelements.
JobHunter69