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Doteren

spenden (lateinisch: dotare, bereitstellen) (Englisch: Doping) ist die absichtliche Einfügung von Verunreinigungen in einem Material um die Materialeigenschaften zu ändern. Der Begriff wird typischerweise in der verwendet Halbleitertechnologie. Das reine, oft kristallin Basismaterial mit bestimmten, ganz bestimmten Verunreinigungen dotiert (versehen) ist, Atome aus einem anderen Material. Das macht es ursprünglich isolierend Grundmaterial a Halbleiter.

  • Beim Hinzufügen von Elementen aus dem Stickstoffgruppe von dem Periodensystem Auf Silizium, wird das halbleitende Silizium vom n-Typ gebildet. Die Elemente aus dieser Gruppe, Stickstoff (Nein), Phosphor (p), Arsen (Asche), Antimon (jdm), haben fünf Elektronen in ihrer äußeren Hülle, eins mehr als Silizium. So entstehen im freie Elektronen Kristallgitter: ein Halbleiter vom n-Typ (n=negativ, elektrischer Strom in entgegengesetzter Richtung zum Elektronenstrom).
  • Beim Hinzufügen von Elementen aus dem Bohrgruppe des Periodensystems zu Silizium das halbleitende Silizium vom p-Typ wird gebildet. Die Elemente aus dieser Gruppe, Bor (B), Aluminium (Bereits) und Gallium (gehen) haben nur drei äußerste Elektronen, eines weniger als Silizium. Dadurch entsteht ein lokaler Elektronenmangel im Kristallgitter. Ein solcher Mangel wird zu einem Loch genannt: ein Halbleiter vom p-Typ. Die beweglichen Löcher sind positiv: Der elektrische Strom hat die gleiche Richtung wie der Lochstrom. Löcher diffundieren deutlich langsamer als Elektronen. Trägheit von Halbleitern (z.B. beim Gehen sperren einer pn-Diode) oder Schaltzeiten bei bipolaren Schalttransistoren, werden daher fast ausschließlich durch die relativ langsamen Löcher verursacht, die eine relativ lange Lebensdauer haben. Schottky-Dioden, bei denen nur Elektronen im Leitungsband eine Rolle spielen, sind daher um ein Vielfaches schneller als pn-Dioden. Das gleiche gilt für die n-Typ-SchaltungMOSFETs relativ zu bipolare Schalttransistoren.

Unter dem Einfluss des englischen Namens (Doping) wird Spenden auch (fälschlicherweise) bezeichnet als taufen.

Dopingmethode

In der Halbleiterphysik gibt es zwei gängige Methoden der Dotierung: Diffusion und Ionenimplantation.

Diffusion

Diffusion ist normalerweise ein zweistufiger Prozess: Zuerst eine Schicht mit einem hohen Konzentration Verunreinigungen (auch Prädeposition genannt), nach der eine Wärmebehandlung bei hoher Temperatur die Dotierung im Kristallgitter diffundiertDie Oberflächenkonzentration wird geringer und die Konzentration im Material höher. Das Diffusionskoeffizient spielt dabei eine wichtige Rolle.

Ionenimplantation

Implantation Ionen passiert unter Vakuum mit einer Ionenquelle. In den meisten Fällen ist diese Ressource eine spezielle Implementierung von a Partikelbeschleuniger, in dem Ionen der gewünschten Masse durch ein Magnetfeld getrennt werden. Beschleunigt durch ein elektrisches Feld kollidieren sie dann mit Geschwindigkeiten von über 300.000 km/h[1] auf dem zu dotierenden Material. Bei niedrigen Beschleunigungsspannungen ohne Massentrennung wird jedoch davon gesprochen physikalische Gasphasenabscheidung (PVD). Die Eindringtiefe hängt vom zu implantierenden Material und von der Größe des Ions ab. Durch geeignete Wahl der Beschleunigerspannung kann die Geschwindigkeit und damit die Eindringtiefe der Ionen genau gesteuert werden.

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