تفاوت اصلی بین ناخالصی های دهنده و پذیرنده این است که عناصر گروه V جدول تناوبی معمولاً به عنوان ناخالصی های دهنده عمل می کنند در حالی که عناصر گروه III معمولاً به عنوان ناخالصی های پذیرنده عمل می کنند.
دوپینگ فرآیندی است که ناخالصی ها را به یک نیمه هادی اضافه می کند. دوپینگ در افزایش رسانایی نیمه هادی مهم است. دو شکل اصلی دوپینگ وجود دارد که دوپینگ اهداکننده و دوپینگ پذیرنده است. دوپینگ دهنده ناخالصی ها را به اهدا کننده اضافه می کند در حالی که دوپینگ گیرنده ناخالصی ها را به گیرنده اضافه می کند.
ناخالصی های اهداکننده چیست؟
ناخالصی های اهداکننده عناصری هستند که برای افزایش رسانایی الکتریکی آن اهداکننده به اهداکننده اضافه می شوند. عناصر گروه V جدول تناوبی ناخالصی های رایج اهداکننده هستند. دهنده یک اتم یا گروهی از اتم ها است که می توانند مناطقی از نوع n را در صورت اضافه شدن به یک نیمه هادی تشکیل دهند. یک مثال معمول سیلیکون (Si) است.
شکل 1: وجود یک اهدا کننده در یک شبکه سیلیکونی
عناصر گروه V که اغلب به عنوان ناخالصی های دهنده عمل می کنند شامل آرسنیک (As)، فسفر (P)، بیسموت (Bi) و آنتیموان (Sb) است. این عناصر دارای پنج الکترون در بیرونی ترین لایه الکترونی خود هستند (پنج الکترون ظرفیتی وجود دارد).هنگامی که یکی از این اتم ها به دهنده ای مانند سیلیکون اضافه می شود، ناخالصی جایگزین اتم سیلیکون می شود و چهار پیوند کووالانسی تشکیل می دهد. اما اکنون یک الکترون آزاد وجود دارد زیرا پنج الکترون ظرفیتی وجود داشت. بنابراین، این الکترون به عنوان یک الکترون آزاد باقی می ماند که باعث افزایش رسانایی نیمه هادی می شود. علاوه بر این، تعداد اتم های ناخالصی تعداد الکترون های آزاد موجود در دهنده را تعیین می کند.
ناخالصی های گیرنده چیست؟
ناخالصی های گیرنده عناصری هستند که به گیرنده اضافه می شوند تا هدایت الکتریکی آن گیرنده را افزایش دهند. عناصر گروه III به عنوان ناخالصی های پذیرنده رایج هستند. عناصر گروه III عبارتند از آلومینیوم (Al)، بور (B) و گالیم (Ga). یک گیرنده ناخالصی است که وقتی به یک نیمه هادی اضافه می شود، مناطق نوع p را تشکیل می دهد. این اتم ها دارای سه الکترون ظرفیتی در بیرونی ترین لایه الکترونی خود هستند.
شکل 2: وجود یک گیرنده در یک شبکه سیلیکونی
وقتی یکی از اتم های ناخالصی مانند آلومینیوم به گیرنده اضافه می شود، جایگزین اتم های سیلیکون در نیمه هادی می شود. قبل از این اضافه، اتم سیلیکون چهار پیوند کووالانسی در اطراف خود دارد. هنگامی که آلومینیوم موقعیت سیلیکون را می گیرد، اتم آلومینیوم تنها سه پیوند کووالانسی تشکیل می دهد که به نوبه خود منجر به یک پیوند کووالانسی از دست رفته می شود. این یک نقطه خالی یا یک سوراخ ایجاد می کند. با این حال، این سوراخ ها در هدایت الکتریسیته مفید هستند. هنگامی که تعداد اتم های ناخالصی اضافه شده افزایش می یابد، تعداد سوراخ های موجود در نیمه هادی نیز افزایش می یابد. این افزودن به نوبه خود باعث افزایش رسانایی می شود. پس از اتمام فرآیند دوپینگ، نیمه هادی به یک نیمه هادی بیرونی تبدیل می شود.
تفاوت بین ناخالصی های دهنده و گیرنده چیست؟
اهداکننده در مقابل ناخالصی های گیرنده |
|
| ناخالصی های اهداکننده عناصری هستند که به اهداکننده برای افزایش رسانایی الکتریکی آن اهداکننده اضافه می شوند. | ناخالصی های گیرنده عناصری هستند که به گیرنده اضافه می شوند تا هدایت الکتریکی آن گیرنده را افزایش دهند. |
|
ناخالصی های رایج | |
| عناصر گروه V | عناصر گروه سوم |
| نمونه هایی از ناخالصی | |
| آرسنیک (As)، فسفر (P)، بیسموت (Bi) و آنتیموان (Sb). | آلومینیوم (Al)، بور (B) و گالیم (Ga) |
| فرآیند | |
| افزایش الکترون های آزاد در نیمه هادی. | سوراخ های موجود در نیمه هادی را افزایش دهید. |
| الکترونهای ظرفیت | |
| اتم ها پنج الکترون ظرفیت دارند. | اتم ها سه الکترون ظرفیت دارند. |
| پیوند کووالانسی | |
| چهار پیوند کووالانسی در داخل نیمه هادی تشکیل می دهد و الکترون پنجم را به عنوان یک الکترون آزاد باقی می گذارد. | سه پیوند کووالانسی در داخل نیمه هادی تشکیل می دهد و سوراخی را در جایی که پیوند کووالانسی وجود ندارد باقی می گذارد. |
خلاصه - اهداکننده در مقابل ناخالصی های پذیرنده
نیمه هادی ها موادی هستند که بین عایق هایی که نارسانا هستند و فلزاتی که رسانا هستند رسانا هستند.اهداکننده و پذیرنده مواد ناخالصی هستند که مناطق رسانا را در نیمه هادی ها تشکیل می دهند. دوپینگ دهنده و گیرنده فرآیندهایی هستند که رسانایی الکتریکی نیمه هادی را افزایش می دهند. تفاوت اصلی بین ناخالصی های دهنده و پذیرنده این است که عناصر گروه III جدول تناوبی به عنوان ناخالصی های دهنده عمل می کنند در حالی که عناصر گروه V به عنوان ناخالصی های پذیرنده عمل می کنند.
