Dioden, LEDs und Transistoren – Dotieren

Die Leitfähigkeit von Silizium kann man durch die Zugabe anderer Elemente wie Phosphor oder Gallium um ein Vielfaches erhöhen. So lässt sich eine Vielfalt von Halbleiterbausteinen herstellen. Diesen Vorgang nennt man Dotieren. Fügt man ein fünfwertiges Atom wie zum Beispiel Phosphor ein, existiert ein Überschuss an negativer Ladung. Das fünfte Elektron wird nicht in der Bindung zwischen den Atomen im Gitter benötigt. Das nennt man einen n-Dotierung, n steht für negativ. Bei einer n-Dotierung von Silizium bleibt also im Atomgitter jeweils ein Elektron übrig, das sich mit geringer zusätzliche Energie leicht bewegen kann. Im Vergleich zur Eigenleitung stehen also viel mehr Elektronen zur Verfügung, die sich frei bewegen können. Die Leitfähigkeit hat sich drastisch erhöht. Die Mehrzahl der Ladungsträger besteht aus negativ geladenen Elektronen, das Material ist jetzt ein n-Leiter. Da die fünfwertigen Atome jeweils ein Elektron spenden, werden sie Donator-Atome genannt. Fügt man ein dreiwertiges Atom, zum Beispiel Gallium, in das Silizium-Atomgitter ein, spricht man von p-Dotierung, p steht für positiv. An der Stelle, wo das vierte Elektron fehlt, entsteht ein Loch. Die Mehrzahl der Ladungsträger besteht aus positiv geladenen Löchern, das Material ist jetzt ein p-Leiter. Die dreiwertigen Atome, die jeweils ein Loch anbieten, in dem sie ein Elektron aufnehmen können, heißen Akzeptor-Atome. Legt man nun eine Spannung an, bewegen sich die positiv geladenen Löcher zum Minuspol, die negativ geladenen Elektronen zum Pluspol. Bei einer n-Dotierung werden also negative Ladungsträger durch Donator-Atome in einen Halbleiter eingebracht, bei einer p-Dotierung bringt man positive Ladungsträger durch Akzeptor-Atome ein.