Dopant

Dopant je snov, ki jo vnesemo v izredno majhnih količinah (v sledeh) v snov, da bi s tem snovi spremenili električne in optične lastnosti.

V kristalnih snoveh atomi dopanta zavzamejo mesta atomov kristala. Postopek za vnos dopanta v kristalno mrežo imenujemo dopiranje. Najbolj pogosto se dopiranje uporablja pri izdelavi polprevodnikov.

Kadar dodajamo elemente, ki imajo več elektronov v valenčnem pasu kot atomi v kristalni strukturi, imamo dopiranje tipa n (primer: dopiranje silicija s fosforjem). V primeru, da dodajamo elemente, ki imajo manj elektronov v valenčnem pasu kot atomi kristalne struktue, imamo dopiranje tipa p (primer: dopiranje silicija z borom).

Najpogosteje uporabljeni dopanti

• bor, arzen, fosfor in antimon, se najpogosteje uporabljajo kot dopanti pri izdelavi polprevodnikov
  • dopanti za silicij in germanij in polprevodnikov 4. skupine elementov
    • donorji: atomi 5. skupine kot so antimon, fosfor, arzen
    • akceptorji: 3. skupina: bor, aluminij, galij
  • dopanti za galijev arzenid in polprevodnike elementov iz skupin 3 in 5
    • donorji: atomi iz 6. in 4. skupine: žveplo, selen, telur, silicij
    • akceptorji: atomi 2. in 4. skupine: magnezij, cink, kadmij, silicij

• Na medicinskem področju se uporablja erbij kot dopant za laserske skalpele v laserski kirurgiji. Z evropijem se dopira plastkav laserjih. S holmijem ^[1] in neodimom dopiran itrij aluminijev granat se uporablja v nekaterih laserskih skalpelih.^[2]

Sprememba energijskih nivojev

Vnos dopantov spremeni strukturo energijskih nivojev v polprevodniku. Pri vnosu donorjev nastane v prepovedanem pasu dodatni energijski nivo, ki je blizu prevodnemu pasu. Elektroni potrebujejo relativno malo energije za preskok v prevodni pas. Pri dodajanju akceptorjev pa nastane dodatni energijski nivo, ki je bliže valenčnemu pasu. Energija za preskok v ta nivo je majhna. Preskok pa pusti za seboj vrzel, ki se obnaša kot pozitivni naboj.

Vnešeni so donorji. Energija za preskok v prevodni pas je majhna. Z EV je označena zgornja meja valenčnega pasu, z EC pa spodnja meja prevodnega pasu, z ED pa energija donorjev.

Vnešeni so akceptorji. Elektroni preskočijo in za seboj pustijo vrzel Z EV je označena zgornja meja valenčnega pasu, z EC pa spodnja meja prevodnega pasu, z EA pa energija akceptorjev. .

Tehnologija dopiranja

Dopiranje se izvaja na nekaj načinov. Najbolj pogosti načini so:

• z difuzijo
• z ionsko vsaditvijo (ionska implantacija)
• z nevtronskim dopiranjem

Pri difuziji se izkorišča termično gibanje pri katerem dobimo skupni pretok molekul ali atomov iz področja z višjo koncentracijo v področje z manjšo koncentracijo molekul ali atomov.
Pri ionski implantaciji se vsadijo ioni neke snovi v drugo snov s pomočjo izvora ionov.
Pri nevtronskem dopiranju (najbolj pogosto pri dopiranju silicija s fosforjem ali galija z arzenom) izkoriščamo spremembo izotopov zaradi obsevanja z nevtroni. Stabilen izotop silicija ³⁰Si obsevamo z nevtroni in dobimo radioaktiven izotop ³¹Si, ki ima razpolovno dobo samo 2,62 ur ^{[3] [4]}. To zapišemo na naslednji način:

${\displaystyle \mathrm {{}^{30}Si\ +n\longrightarrow {}^{31}Si+\gamma } }$

${\displaystyle \mathrm {{}^{31}Si\ {\stackrel {\beta ^{-},\ 2,62\,h}{\longrightarrow }}\ {}^{31}P} }$.

S to metodo dobimo zelo enekomerno dopirano snov.

Opombe in sklici

1. Strategic Rare Earth Metals Inc.
2. Moskalik, K.; Kozlov, A.; Demin, E.; Boiko, E. (2009). »The Efficacy of Facial Skin Cancer Treatment with High-Energy Pulsed Neodymium and Nd:YAG Lasers«. Photomedical Laser Surgery. 27 (2): 345–349. doi:10.1089/pho.2008.2327. PMID 19382838.
3. Wilhelm T. Hering|Angewandte Kernphysik
4. Josef Lutz:Halbleiter-Leistungsbauelemente

Zunanje povezave

• Opis lastnosti dopanta (angleško)
• Definicija dopanta na Encyclopedia of alternative Energy (angleško)
• Polprevodniki Arhivirano 2003-07-01 na Wayback Machine. (angleško)
• Tehnike dotiranja (nemško)