Dotierung

doping

Dotieren nennt man den Vorgang bei dem hochreines Halbleitermaterial mit Fremdatomen kontaminiert wird. 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.

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Silizium negativ dotiert mit Arsen

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Ein eingefügter Donator hat überschüssige Elektronen, die nicht in die kristalline Halbleiterstruktur eingebunden werden können und für den Stromtransport zur Verfügung stehen. Als Donatoren für Silizium werden Phosphor (P), Arsen (As) und Antimon (Sb) verwendet. Bei dem 4-wertige Silizium werden die vier Bindungen durch 5-wertigen Stoffe besetzt, wobei ein Ladungsträger ungebunden ist. Bei dieser Dotierung mit Elektronenüberschuss handelt es sich um eine n-Dotierung oder einem n-Leiter.

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.

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.