Het belangrijkste verschil tussen donor- en acceptoronzuiverheden is dat de elementen in groep V van het periodiek systeem typisch werken als donoronzuiverheden, terwijl elementen in groep III typisch werken als acceptorverontreinigingen.
Doping is het proces dat onzuiverheden toevoegt aan een halfgeleider. Doping is belangrijk bij het verhogen van de geleidbaarheid van de halfgeleider. Er zijn twee hoofdvormen van doping, namelijk donordoping en acceptordoping. Donordoping voegt onzuiverheden toe aan de donor, terwijl acceptordoping onzuiverheden toevoegt aan de acceptor.
Wat zijn donoronzuiverheden?
Donoronzuiverheden zijn de elementen die aan een donor worden toegevoegd om de elektrische geleidbaarheid van die donor te vergroten. De elementen in groep V van het periodiek systeem zijn de veelvoorkomende donoronzuiverheden. Een donor is een atoom of een groep atomen die n-type gebieden kunnen vormen wanneer ze aan een halfgeleider worden toegevoegd. Een bekend voorbeeld is een silicium (Si).
Figuur 1: Aanwezigheid van een donor in een siliconenrooster
De groep V-elementen die vaak als donoronzuiverheden dienen, zijn onder meer arseen (As), fosfor (P), bismut (Bi) en antimoon (Sb). Deze elementen hebben vijf elektronen in hun buitenste elektronenschil (er zijn vijf valentie-elektronen). Wanneer een van deze atomen wordt toegevoegd aan een donor zoals silicium, vervangt de onzuiverheid het siliciumatoom, waardoor vier covalente bindingen worden gevormd. Maar nu is er een vrij elektron omdat er vijf valentie-elektronen waren. Daarom blijft dit elektron als een vrij elektron, wat de geleidbaarheid van de halfgeleider verhoogt. Verder bepa alt het aantal onzuiverheidsatomen het aantal vrije elektronen dat in de donor aanwezig is.
Wat zijn acceptor-onzuiverheden?
Acceptoronzuiverheden zijn de elementen die aan een acceptor worden toegevoegd om de elektrische geleidbaarheid van die acceptor te vergroten. De elementen in groep III zijn gebruikelijk als acceptorverontreinigingen. De elementen in groep III omvatten aluminium (Al), boor (B) en gallium (Ga). Een acceptor is een doteringsstof die p-type gebieden vormt wanneer ze aan een halfgeleider worden toegevoegd. Deze atomen hebben drie valentie-elektronen in hun buitenste elektronenschillen.
Figuur 2: Aanwezigheid van een acceptor in een siliciumrooster
Wanneer een van de onzuiverheidsatomen zoals aluminium aan een acceptor wordt toegevoegd, vervangt het de siliciumatomen in de halfgeleider. Vóór deze toevoeging heeft het siliciumatoom vier covalente bindingen eromheen. Wanneer aluminium de plaats inneemt van silicium, vormt het aluminiumatoom slechts drie covalente bindingen, wat op zijn beurt resulteert in een ontbrekende covalente binding. Hierdoor ontstaat een leeg punt of een gat. Deze gaten zijn echter nuttig bij het geleiden van elektriciteit. Wanneer het aantal toegevoegde onzuiverheidsatomen toeneemt, neemt ook het aantal gaten in de halfgeleider toe. Deze toevoeging verhoogt op zijn beurt de geleidbaarheid. Na voltooiing van het doteringsproces wordt de halfgeleider een extrinsieke halfgeleider.
Wat is het verschil tussen donor- en acceptoronzuiverheden?
Donor versus acceptor onzuiverheden |
|
| Donoronzuiverheden zijn de elementen die aan een donor worden toegevoegd om de elektrische geleidbaarheid van die donor te vergroten. | Acceptoronzuiverheden zijn de elementen die aan een acceptor worden toegevoegd om de elektrische geleidbaarheid van die acceptor te vergroten. |
|
Veel voorkomende onzuiverheden | |
| Groep V-elementen | Groep III elementen |
| Voorbeelden van onzuiverheden | |
| Arseen (As), fosfor (P), bismut (Bi) en antimoon (Sb). | Aluminium (Al), boor (B) en gallium (Ga) |
| Proces | |
| Verhoog de vrije elektronen in de halfgeleider. | Vergroot de gaten in de halfgeleider. |
| Valentie-elektronen | |
| Atomen hebben vijf valentie-elektronen. | Atomen hebben drie valentie-elektronen. |
| Covalente binding | |
| Vormt vier covalente bindingen in de halfgeleider, waardoor het vijfde elektron een vrij elektron blijft. | Vormt drie covalente bindingen in de halfgeleider en laat een gat achter waar een covalente binding ontbreekt. |
Samenvatting – Donor versus acceptor onzuiverheden
Halfgeleiders zijn de materialen die geleidend zijn tussen een isolator die niet-geleiders zijn en metalen die geleiders zijn. Donoren en acceptoren zijn doteerstoffen die geleidende gebieden in halfgeleiders vormen. Het doteren van donor en acceptor zijn processen die de elektrische geleidbaarheid van de halfgeleider verhogen. Het belangrijkste verschil tussen donor- en acceptor-onzuiverheden is dat de elementen in groep III van het periodiek systeem fungeren als donor-onzuiverheden, terwijl elementen in groep V fungeren als acceptor-onzuiverheden.
