Während ein reiner (sog. intrinsischer) Halbleiter gerade mal als temperaturabhängiger Widerstand dienen kann, wird mit der Technik des Dotierens eine große Vielzahl von Anwendungen möglich. Dabei wird das Halbleiter-Material gezielt mit Fremdatomen (dem sogenannten Dotierstoff / den Dotieratomen) verunreinigt, mit dem Ziel, die Ladungsträgerdichte zu beeinflussen.

Es werden Dotieratome in das Kristallgitter eingebaut, die entweder nicht genügend oder zu viele Valenzelektronen liefern, wie für die energetisch günstigste Bindung nötig wären. Somit stehen im Halbleiter fast frei bewegliche Ladungsträger zur Verfügung.

Man unterscheidet also zwei Typen der Dotierung

n-Dotierung

Hierbei werden durch Einbringen von Fremdatomen mit überschüssigen Valenzelektronen negative Ladungsträger im Halbleiter erzeugt. Die vierwertigen Elementhalbleiter Silizium und Germanium beispielsweise versieht man mit dem fünfwertigen Phosphor. Bei der Kristallbindung wird pro Dotieratom also ein Elektron nicht benötigt, das daher ohne großen Energieaufwand über den ganzen Kristall bewegt werden kann.
In diesem Typ von Halbleiter bezeichnet man die Elektronen, da sie in der Überzahl vorhanden sind, als Majoritätsladungsträger. Die Löcher, die dagegen nur durch thermische Anregung erzeugt werden, heißen hier Minoritätsladungsträger. Aufgrund ihrer Tendenz, Elektronen für den Leitungsprozess abzugeben, nennt man die Dotieratome hier Donatoren.

Abb. 8: n- Dotierung am Beispiel von Silizium

Aus Sicht der Theorie der Energiebänder erzeugt man in einem n-dotierten Halbleiter freie Ladungsträger im Valenzband.

p-Dotierung

In diesem Fall wird ein Dotierstoff verwendet, der für die Kristallbindung zu wenige Elektronen liefert. Das fehlende Elektron bezeichnet man als Loch. Auch durch diese Methode wird der Halbleiter leitfähig, da die Elektronen durch Hüpfen von einem Loch zum nächsten Ladung bewegen. Effektiv entspricht dies einem Transport von Löchern als positive Ladungsträger.

Für Silizium und Germanium bringt man in diesem Fall z.B. Bor-Atome in den Kristall ein.

Diesmal bezeichnet man die Löcher als Majoritätsladungsträger, da sie gegenüber den Elektronen stark überwiegen. Die verwendeten Dotieratome nennt man Akzeptoren, da sie für die optimale Bindung Elektronen aufnehmen wollen.

Abb. 9: p-Dotierung am Beispiel von Silizium

In der Bändertheorie spricht man von erzeugten Löchern im Valenzband, die sich analog zu Elektronen im Leitungsband bewegen, jedoch positive Ladung tragen.

Zu einer merklichen Veränderung der Leitungseigenschaften genügen schon sehr geringe Dotierstoff-Konzentrationen (für viele Anwendungen reicht eine Konzentration von einem Dotieratom pro 107 Halbleiter-Atomen).

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