p-Typ Halbleiter
Halbleiter sind anorganische oder organische Materialien, die ihre Leitfähigkeit abhängig von ihrer chemischen Struktur, Temperatur, Beleuchtung und dem Vorhandensein von Dotierungsmitteln kontrollieren können. Der Name Halbleiter leitet sich von der Tatsache ab, dass diese Materialien eine elektrische Leitfähigkeit aufweisen, die zwischen einem Metall, wie Kupfer oder Gold, und einem Isolator, wie Glas, liegt. Sie haben eine Energielücke von weniger als 4eV (etwa 1eV). In der Festkörperphysik ist diese Energielücke oder Bandlücke ein Energiebereich zwischen dem Valenzband und dem Leitungsband, in dem Elektronenzustände verboten sind. Im Gegensatz zu Leitern müssen die Elektronen der Halbleiter Energie (z.B. aus ionisierender Strahlung) aufnehmen, um die Bandlücke zu überqueren und das Leitungsband zu erreichen. Die Eigenschaften von Halbleitern werden durch die Energielücke zwischen Valenz- und Leitungsband bestimmt.
Was sind p-Typ Halbleiter?
Ein extrinsischer Halbleiter, der mit Elektronenakzeptor-Atomen dotiert ist, wird als p-Typ Halbleiter bezeichnet, da die meisten Ladungsträger im Kristall Elektronenlöcher (positive Ladungsträger) sind. Reines Silizium ist ein tetravalentes Element, und die normale Kristallstruktur enthält 4 kovalente Bindungen aus vier Valenzelektronen. In Silizium sind die häufigsten Dotierungsstoffe Elemente der Gruppe III und Gruppe V. Gruppe-III-Elemente (trivalent) enthalten alle drei Valenzelektronen und fungieren als Akzeptoren, wenn sie zur Dotierung von Silizium verwendet werden. Wenn ein Akzeptoratom ein tetravalentes Siliziumatom im Kristall ersetzt, entsteht ein unbesetzter Zustand (ein Elektronenloch). Ein Elektronenloch ist das Fehlen eines Elektrons an einer Stelle, an der in einem Atom oder atomaren Gitter eines existieren könnte. Es ist einer der beiden Ladungsträger, die für die Erzeugung eines elektrischen Stroms in halbleitenden Materialien verantwortlich sind. Diese positiv geladenen Löcher können sich in halbleitenden Materialien von Atom zu Atom bewegen, wenn Elektronen ihre Positionen verlassen. Das Hinzufügen von trivalenten Verunreinigungen wie Bor, Aluminium oder Gallium zu einem intrinsischen Halbleiter erzeugt diese positiven Elektronenlöcher in der Struktur. Zum Beispiel erzeugt ein mit Bor (Gruppe III) dotierter Siliziumkristall einen p-Typ Halbleiter, während ein mit Phosphor (Gruppe V) dotierter Kristall einen n-Typ Halbleiter ergibt. Die Anzahl der Akzeptorstellen dominiert vollständig die Anzahl der Elektronenlöcher. Daher ist die Gesamtzahl der Löcher annähernd gleich der Anzahl der Donatorstellen, p ≈ NA. Die Ladungsneutralität dieses Halbleitermaterials wird ebenfalls aufrechterhalten. Das Endergebnis ist, dass die Anzahl der Elektronenlöcher erhöht wird, während die Anzahl der Leitungselektronen reduziert wird. Das Ungleichgewicht der Trägerkonzentration in den jeweiligen Bändern wird durch die unterschiedliche absolute Anzahl von Elektronen und Löchern ausgedrückt. Elektronenlöcher sind Mehrheitsträger, während Elektronen Minderheitsträger in p-Typ-Material sind.
Tabelle der Halbleiter-Eigenschaften
Hier ist eine Tabelle mit 3 intrinsischen Halbleitern und 2 p-Typ- und n-Typ-Halbleitern, zusammen mit 4 Schlüsseleigenschaften:
Halbleiter Typ Bandlücke (eV) Elektronenmobilität (cm²/Vs) Lochmobilität (cm²/Vs) Wärmeleitfähigkeit (W/mK)
Silizium (Si) Intrinsisch 1.12 1500 450 150
Germanium (Ge) Intrinsisch 0.67 3900 1900 60
Galliumarsenid (GaAs) Intrinsisch 1.43 8500 400 46
Bor-dotiertes Silizium (p-Si) p-Typ 1.12 1500 1800 150
Phosphor-dotiertes Silizium (n-Si) n-Typ 1.12 1500 4500 150
Aluminium-dotiertes Galliumarsenid (p-GaAs) p-Typ 1.43 8500 200 46
Silizium-dotiertes Galliumarsenid (n-GaAs) n-Typ 1.43 8500 800 46
