Dotierung

Dotieren nennt man den Vorgang bei dem hochreines Halbleitermaterial mit Fremdatomen kontaminiert wird, deren chemische Wertigkeit anders ist, als die des Halbleitermaterials. Die Fremdatome werden dabei durch Ionenbeschuss oder Diffusion in die kristalline atomare Halbleiterstruktur eingefügt. Wenn die eingefügten Fremdatome mehr Elektronen in ihrem Valenzband haben als das Halbleiteratom, spricht man von Donatoren oder Dotieratomen.

Ein eingefügter Donator hat überschüssige Elektronen, die nicht in die kristalline Halbleiterstruktur eingebunden werden können und für den Stromtransport zur Verfügung stehen. Diese Elektronen werden als Majoritätsladungsträger bezeichnet und kommen bei der n-Dotierung vor; bei der p-Dotierung sind die Löcher die Majoritätsladungsträger. Als Donatoren für Silizium werden Phosphor (P), Arsen (As) und Antimon (Sb) verwendet. Bei dem vierwertigen Silizium werden die vier Bindungen durch fünfwertige Stoffe besetzt, wobei ein Ladungsträger ungebunden ist. Bei dieser Dotierung mit Elektronenüberschuss handelt es sich um eine n-Dotierung oder einen n-Leiter.

Silizium negativ dotiert mit Arsen

Silizium negativ dotiert mit Arsen

Silizium 
   positiv dotiert mit Gallium

Silizium positiv dotiert mit Gallium

Fehlt den eingefügten Fremdatomen ein Elektron im Valenzband, dann spricht man von Akzeptoren, dessen fehlende Elektronen Fehlelektronen oder Löcher hinterlassen. Als Akzeptoren für Silizium werden Aluminium (Al), Gallium (Ga), Indium (In) und Bor (B) benutzt. Diese Dotierung mit dreiwertigen Akzeptoren führt zu einer fehlenden Bindung; es entsteht ein positives Loch, das von einem anderen Elektron besetzt werden kann. Bei dieser Dotierung mit Fehlelektronen handelt es sich um eine p-Dotierung oder einen p-Leiter. Der Überschuss an Fehlelektronen, resp. positiven Ladungsträgern, dient ebenfalls dem Stromtransport. Bei Silizium wird in der Regel Bor (B) als Akzeptor verwendet.

Die Konzentration der Fremdatome, die sogenannte Dotierstärke, bestimmt die Leitfähigkeit des Halbleitermaterials. Sie ist äußerst gering und liegt im Bereich von 10exp-4 bis 10exp-10 Fremdatome auf ein Silizium-Atom. Je höher die Dotierstärke ist, desto größer ist die Leitfähigkeit des dotierten Materials.

Informationen zum Artikel
Deutsch: Dotierung
Englisch: doping
Veröffentlicht: 11.03.2014
Wörter: 314
Tags: #Chip-Technologien
Links: As (arsenic), Bor, Diffusion, Halbleiter, Leitfähigkeit
1