การเติมสารกึ่งตัวนำ
ซิลิคอนบริสุทธิ์หรือเจอร์เมเนียมแทบจะไม่ถูกใช้เป็นเซมิคอนดักเตอร์ เซมิคอนดักเตอร์ที่ใช้งานได้จริงจะต้องมีการควบคุมปริมาณสิ่งสกปรกที่เพิ่มเข้าไป การเติมสารไม่บริสุทธิ์จะเปลี่ยนความสามารถของตัวนำและทำหน้าที่เป็นสารกึ่งตัวนำ กระบวนการเพิ่มสิ่งเจือปนลงในวัสดุที่แท้จริงหรือบริสุทธิ์เรียกว่าdoping และสิ่งเจือปนเรียกว่าก dopant. หลังจากเติมสารแล้ววัสดุที่อยู่ภายในจะกลายเป็นวัสดุภายนอก ในทางปฏิบัติหลังจากการเติมสารเหล่านี้สามารถใช้งานได้จริงเท่านั้น
เมื่อสิ่งเจือปนถูกเพิ่มเข้าไปในซิลิกอนหรือเจอร์เมเนียมโดยไม่ได้ปรับเปลี่ยนโครงสร้างผลึกจะมีการผลิตวัสดุประเภท N ในบางอะตอมอิเล็กตรอนจะมีอิเล็กตรอน 5 ตัวในวงวาเลนซ์เช่นสารหนู (As) และพลวง (Sb) การเติมซิลิกอนด้วยสิ่งเจือปนอย่างใดอย่างหนึ่งจะต้องไม่เปลี่ยนโครงสร้างผลึกหรือกระบวนการยึดติด อิเล็กตรอนส่วนเกินของอะตอมที่ไม่บริสุทธิ์ไม่มีส่วนร่วมในพันธะโคเวเลนต์ อิเล็กตรอนเหล่านี้จับกันอย่างหลวม ๆ โดยอะตอมของผู้ให้กำเนิด รูปต่อไปนี้แสดงการเปลี่ยนแปลงของผลึกซิลิกอนด้วยการเติมอะตอมที่ไม่บริสุทธิ์
ผลของการเจือปนกับวัสดุประเภท N
ผลของการเติมสารชนิด N มีดังต่อไปนี้ -
นอกจากสารหนูในซิลิคอนบริสุทธิ์แล้วคริสตัลจะกลายเป็นวัสดุประเภท N
อะตอมของสารหนูมีอิเล็กตรอนเพิ่มเติมหรือประจุลบที่ไม่ได้มีส่วนในกระบวนการสร้างพันธะโคเวเลนต์
สิ่งสกปรกเหล่านี้ยอมแพ้หรือบริจาคอิเล็กตรอนหนึ่งตัวให้กับคริสตัลและเรียกว่าสิ่งสกปรกจากผู้บริจาค
วัสดุประเภท N มีอิเล็กตรอนพิเศษหรืออิสระมากกว่าวัสดุภายใน
วัสดุประเภท N ไม่มีประจุลบ ที่จริงแล้วอะตอมของมันทั้งหมดเป็นกลางทางไฟฟ้า
อิเล็กตรอนพิเศษเหล่านี้ไม่ได้มีส่วนร่วมในกระบวนการสร้างพันธะโควาเลนต์ พวกเขามีอิสระที่จะเคลื่อนที่ผ่านโครงสร้างผลึก
คริสตัลซิลิกอนภายนอกชนิด N จะเข้าสู่การนำโดยใช้พลังงานเพียง 0.005eV
ต้องใช้ 0.7eV เท่านั้นในการเคลื่อนย้ายอิเล็กตรอนของผลึกภายในจากแถบวาเลนซ์ไปยังแถบการนำไฟฟ้า
โดยปกติแล้วอิเล็กตรอนถือเป็นพาหะในปัจจุบันส่วนใหญ่ในคริสตัลประเภทนี้และโฮลเป็นพาหะในปัจจุบันของชนกลุ่มน้อย ปริมาณวัสดุของผู้บริจาคที่เพิ่มเข้าไปในซิลิคอนพบจำนวนผู้ให้บริการปัจจุบันส่วนใหญ่ในโครงสร้างของมัน
จำนวนอิเล็กตรอนในซิลิกอนชนิด N มีจำนวนมากกว่าคู่อิเล็กตรอนของซิลิคอนภายในหลายเท่า ที่อุณหภูมิห้องการนำไฟฟ้าของวัสดุนี้มีความแตกต่างกันอย่างชัดเจน มีพาหะในปัจจุบันมากมายที่จะมีส่วนร่วมในการไหลของกระแส การไหลของกระแสไฟฟ้าส่วนใหญ่เกิดจากอิเล็กตรอนในวัสดุประเภทนี้ ดังนั้นวัสดุภายนอกจึงกลายเป็นตัวนำไฟฟ้าที่ดี
ผลของการเจือปนต่อวัสดุประเภท P
ผลของการเติมสารชนิด P มีดังต่อไปนี้ -
เมื่อเพิ่มอินเดียม (ใน) หรือแกลเลียม (Ga) ลงในซิลิกอนบริสุทธิ์วัสดุประเภท P จะเกิดขึ้น
วัสดุเจือประเภทนี้มีเวเลนซ์อิเล็กตรอนสามตัว พวกเขากำลังมองหาอิเล็กตรอนตัวที่สี่อย่างกระตือรือร้น
ในวัสดุประเภท P แต่ละหลุมสามารถเติมอิเล็กตรอนได้ เพื่อเติมเต็มพื้นที่หลุมนี้อิเล็กตรอนจากกลุ่มพันธะโคเวเลนต์ที่อยู่ใกล้เคียงต้องการพลังงานน้อยกว่ามาก
โดยทั่วไปซิลิกอนจะถูกเจือด้วยวัสดุยาสลบในช่วง 1 ถึง 106 ซึ่งหมายความว่าวัสดุ P จะมีรูมากกว่าคู่อิเล็กตรอนของซิลิกอนบริสุทธิ์
ที่อุณหภูมิห้องมีความแตกต่างของลักษณะเฉพาะในการนำไฟฟ้าของวัสดุนี้
รูปต่อไปนี้แสดงให้เห็นว่าโครงสร้างผลึกของซิลิคอนมีการเปลี่ยนแปลงอย่างไรเมื่อเจือด้วยองค์ประกอบตัวรับ - ในกรณีนี้คืออินเดียม วัสดุ P ชิ้นหนึ่งไม่มีประจุบวก อะตอมของมันเป็นกลางทางไฟฟ้าเป็นหลัก
อย่างไรก็ตามมีรูในโครงสร้างโควาเลนต์ของกลุ่มอะตอมหลายกลุ่ม เมื่ออิเล็กตรอนเคลื่อนที่เข้ามาและเติมเต็มหลุมหลุมนั้นจะกลายเป็นโมฆะ หลุมใหม่ถูกสร้างขึ้นในกลุ่มที่ถูกผูกมัดซึ่งอิเล็กตรอนเหลืออยู่ การเคลื่อนที่ของรูเป็นผลมาจากการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอน วัสดุประเภท P จะเข้าสู่การนำโดยใช้พลังงานเพียง 0.05 eV
รูปด้านบนแสดงให้เห็นว่าคริสตัลชนิด P จะตอบสนองอย่างไรเมื่อเชื่อมต่อกับแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้า สังเกตว่ามีจำนวนหลุมมากกว่าอิเล็กตรอน เมื่อใช้แรงดันไฟฟ้าอิเล็กตรอนจะถูกดึงดูดไปที่ขั้วแบตเตอรี่บวก
ในความหมายหนึ่งรูจะเคลื่อนไปทางขั้วแบตเตอรี่เชิงลบ อิเล็กตรอนจะถูกหยิบขึ้นมาที่จุดนี้ อิเล็กตรอนจะเติมเต็มรูทันที หลุมนั้นจะกลายเป็นโมฆะ ในเวลาเดียวกันอิเล็กตรอนจะถูกดึงออกจากวัสดุโดยขั้วแบตเตอรี่บวก ดังนั้นหลุมจึงเคลื่อนที่ไปยังขั้วลบเนื่องจากอิเล็กตรอนเคลื่อนที่ไปมาระหว่างกลุ่มที่มีพันธะต่างกัน เมื่อใช้พลังงานการไหลของรูจะเป็นไปอย่างต่อเนื่อง