電子ドーピング

電子ドーピングは 、制御された方法で 半導体 素子に化学不純物を追加して、より導電性の高い素子に変換する手順で構成されます。

真性半導体 の概念は、選択した材料の 10 億原子ごとに、意図せずして異種化学元素の原子が 1 つしか含まれていない結晶に関連しています。この場合の不純物含有量は 1 ppb、または 1 ppb と呼ばれます。不純物の干渉は材料の安定性を妨げるほどではないため、結晶は安定しています。

一方、ドープされた半導体は、選択された材料の 100 万原子ごとに、目的の化学元素 (外来元素とは対照的に) の約 1 原子を意図的に含んでいます。ドープされた半導体の不純物含有量は 1 ppm、つまり 1 ppm です。

ドープされた半導体には、 真性半導体よりも約 1,000 倍多くの不純物が含まれています。

電子ドーピングにおける 3 つの一般的な元素は、炭素、 シリコン 、 ゲルマニウム です。これらはすべて 価電子殻 に 4 つの電子を持っており、隣接する原子と電子を共有することで結晶を形成し、格子または 結晶 構造を形成します。

使用される不純物は 2 種類あります。

N: シリコンに リン またはヒ素が添加されると発生します。ヒ素とリンはどちらも価電子殻に 5 つの電子を持っています。共有結合は 4 つの電子の間に発生し、そのうちの 1 つは自由なまま、つまり、いわゆる 自由電子 となり、運動を獲得して 電流 を生成します。 Nという名前は、存在するマイナス電荷から発生するマイナス性に由来しています。

Q: このドーピングでは、シリコンに ボロン または ガリウムが 添加されます。どちらも価電子殻に 3 つの電子を持っています。これらがシリコンに添加されると、正孔が生成され、電流が流れ、電子が存在しないため正電荷が生成されます (したがって、P という名前が付けられています)。

少量の N または P ドーピングは適度に伝導しますが、優れた伝導性を示すわけではないため、半導体という名前は正当です。

ダイオードは最も単純な半導体であり、電流は一方向にのみ流れます。

PN 接合は半導体、特にダイオードやトランジスタの基本構造であり、一般にシリコンとゲルマニウムで形成され、純粋な 金属 の電子ドーピングに使用されます。

ダイオードの直接 PN 分極は、バッテリーの正極をダイオードのアノード (P) に接続し、負極をカソード (N) に接続することによって実行する必要があります。

順分極では、自由電子が N ゾーンに移動し、P ゾーンの価電子殻からの電子が引き付けられます。有極ダイオードは電気を伝導します。

PN 逆分極は、バッテリーの負極が P に接続され、正極が N に接続される場合に発生します。

逆バイアスではダイオードに電流が流れることはありませんが、ギャップによって生じる温度により逆飽和電流が発生します。さらに、ダイオードの表面には電流が流れます。したがって、必要な電流が生成されます。

トランジスタは 、PNP と NPN の組み合わせを使用して 3 層で構成されています (ダイオードは、名前が示すように 2 層で構成されています)。