p-dotierter Halbleiter
Das folgende Applet zeigt, wie durch das Dotieren eines Silizium-Halbleiters mit geeigneten Fremdatomen (hier: Bor) die Anzahl der freien Löcher erhöht werden kann. Dabei werden die Vorgänge sowohl im Halbleiterkristall (links) als auch im Bänderdiagramm (rechts) dargestellt.
Man sieht:
- Dotiert man einen Silizium-Halbleiter mit Bor, d.h. ersetzt man in dem Kristallgitter einzelne (vierwertige) Si-Atome durch (dreiwertige) B-Atome, so gehen jeweils die drei Elektronen des Bor-Atoms (B) eine Bindung mit den benachbarten Si-Atomen ein.
- Da bei dem Boratom ein Elektron zur Bindung fehlt, existiert an dieser Stelle eine Lücke, die zunächst noch an das Boratom gebunden ist. Es genügt jedoch bereits eine sehr geringe Energiezufuhr (z.B. geringe Temperaturerhöhung), damit sich ein vorher im Kristallgitter gebundenes Valenzelektron in diese Lücke setzt, d.h. an das Boratom (den so genannten Akzeptor) bindet. Dadurch entsteht an der Stelle, an der vorher das Valenzelektron saß, ein freies Loch, in das wiederum ein anderes Elektron springen kann. Die geringe Ionisierungsenergie des Boratoms entspricht im Bänderdiagramm dem geringen Abstand des Energieniveaus des Akzeptors Wa zum Valenzband Wv.
- Wegen der geringen Ionisierungsenergie sind bereits bei sehr geringen Temperaturen (hier: 100K) alle Boratome ionisiert, so dass im technisch relevanten Temperaturbereich davon ausgegangen werden kann, dass die Zahl der freien Löcher po gleich der Dichte NA der Dotierungsatome ist.
- Der negative Atomrumpf (B-) ist ortsfest und trägt nicht zum Stromtransport im Halbleiter bei. Es erhöht sich demnach nur die Anzahl der freien Löcher, die sich frei innerhalb des Halbleiters bewegen können.
- Der Halbleiter bleibt nach außen hin stets neutral, da jedem freien Ladungsträger ein entgegengesetzt geladenes ortsfestes Ion gegenübersteht.
- Da in dem mit Bor dotierten Halbleiter die freien Löcher maßgeblich zum Ladungstransport beitragen, spricht man auch von einem p-Typ Halbleiter.