Ключевое различие между донорными и акцепторными примесями заключается в том, что элементы группы V периодической таблицы обычно действуют как донорные примеси, тогда как элементы группы III обычно действуют как акцепторные примеси.
Легирование – это процесс добавления примесей в полупроводник. Легирование важно для увеличения проводимости полупроводника. Существует две основные формы легирования: донорное и акцепторное. Донорное легирование добавляет примеси к донору, тогда как акцепторное легирование добавляет примеси к акцептору.
Что такое донорские примеси?
Донорские примеси - это элементы, добавляемые к донору для увеличения электропроводности этого донора. Элементы группы V периодической таблицы являются обычными донорными примесями. Донор - это атом или группа атомов, которые могут образовывать области n-типа при добавлении к полупроводнику. Типичным примером является кремний (Si).
Рисунок 1: Наличие донора в силиконовой решетке
К элементам группы V, которые часто служат донорными примесями, относятся мышьяк (As), фосфор (P), висмут (Bi) и сурьма (Sb). Эти элементы имеют пять электронов на самой внешней электронной оболочке (есть пять валентных электронов). При добавлении одного из этих атомов к донору, такому как кремний, примесь замещает атом кремния, образуя четыре ковалентные связи. Но теперь есть свободный электрон, так как было пять валентных электронов. Поэтому этот электрон остается свободным, что увеличивает проводимость полупроводника. Кроме того, количество примесных атомов определяет количество свободных электронов, присутствующих в доноре.
Что такое акцепторные примеси?
Акцепторные примеси - это элементы, добавляемые к акцептору для увеличения электропроводности этого акцептора. Элементы группы III распространены как акцепторные примеси. К элементам III группы относятся алюминий (Al), бор (B) и галлий (Ga). Акцептор - это легирующая примесь, которая образует области р-типа при добавлении в полупроводник. Эти атомы имеют три валентных электрона на самых внешних электронных оболочках.
Рисунок 2: Наличие акцептора в кремниевой решетке
При добавлении одного из примесных атомов, таких как алюминий, к акцептору, он заменяет атомы кремния в полупроводнике. Перед этим добавлением атом кремния имеет вокруг себя четыре ковалентные связи. Когда алюминий занимает положение кремния, атом алюминия образует только три ковалентные связи, что, в свою очередь, приводит к отсутствию ковалентной связи. Это создает свободную точку или отверстие. Однако эти отверстия полезны для проведения электричества. Когда количество добавленных примесных атомов увеличивается, количество дырок, присутствующих в полупроводнике, также увеличивается. Это дополнение, в свою очередь, увеличивает проводимость. После завершения процесса легирования полупроводник становится внешним полупроводником.
В чем разница между донорными и акцепторными примесями?
Донорные и акцепторные примеси |
|
| Донорские примеси – это элементы, добавляемые к донору для увеличения электропроводности этого донора. | Акцепторные примеси – это элементы, добавляемые к акцептору для увеличения электропроводности этого акцептора. |
|
Общие примеси | |
| Элементы группы V | Элементы III группы |
| Примеры примесей | |
| Мышьяк (As), фосфор (P), висмут (Bi) и сурьма (Sb). | Алюминий (Al), бор (B) и галлий (Ga) |
| Процесс | |
| Увеличить количество свободных электронов в полупроводнике. | Увеличить дырки в полупроводнике. |
| Валентные электроны | |
| Атомы имеют пять валентных электронов. | Атомы имеют три валентных электрона. |
| Ковалентная связь | |
| Формирует четыре ковалентные связи внутри полупроводника, оставляя пятый электрон свободным. | Формирует три ковалентные связи внутри полупроводника, оставляя дыру в месте отсутствия ковалентной связи. |
Резюме – Донорные и акцепторные примеси
Полупроводники – это проводящие материалы между изолятором, который не является проводником, и металлом, который является проводником. Доноры и акцепторы - это легирующие примеси, образующие проводящие области в полупроводниках. Легирование донора и акцептора - это процессы, повышающие электропроводность полупроводника. Ключевое различие между донорными и акцепторными примесями заключается в том, что элементы группы III периодической таблицы действуют как донорные примеси, тогда как элементы группы V действуют как акцепторные примеси.
