Doteren

Twee vormen van doteren: n-type (boven) en p-type (onder).

Doteren(Latijn:dotare, voorzien,Engels:doping) is het opzettelijk inbrengen vanroosterdefecten,van onzuiverheden in eenmateriaalom demateriaaleigenschappente veranderen. Het is een begrip uit dehalfgeleidertechnologie.Het zuivere, veelalkristallijnebasismateriaal wordt gedoteerd met zeer specifieke onzuiverheden,atomenvan een ander materiaal. De atomen creëren in hetkristalroostereensubstitutioneel-defect.Daarmee wordt het oorspronkelijkisolerendebasismateriaal eenhalfgeleider.

Onder invloed van het Engelsedopingwordt doteren soms foutief aangeduid als 'doperen'.

Vormen van doteren

Aan de hand van deelektrische ladingvan het kristalrooster als gevolg van doteren kunnen er twee vormen worden onderscheidden:

• N-type:Bij toevoegen van elementen uit destikstofgroepvan hetperiodiek systeemaansilicium,ontstaat het halfgeleidende n-type-silicium. De elementen uit deze groep,stikstof(N),fosfor(P),arseen(As),antimoon(Sb), hebben vijf elektronen in hun buitenste schil, een meer dan silicium. Zo ontstaan vrije elektronen in hetkristalrooster.De n staat voor negatief, deelektrische stroomis in tegengestelde richting als de elektronenstroom.
• P-type:Bij toevoegen van elementen uit deboorgroepvan het periodiek systeem aan silicium ontstaat het halfgeleidende p-type-silicium. De elementen uit deze groep,boor(B),aluminium(Al) engallium(Ga), hebben maar drie buitenste elektronen, een minder dan silicium. Zo ontstaan er in het kristalrooster plaatselijke tekorten aan elektronen. Zo'n elektronentekort noemt men eenelektronengat.De zich verplaatsende gaten zijn positief: de elektrische stroom heeft dezelfde richting als de gatenstroom. Gaten diffunderen aanzienlijk trager dan elektronen. Traagheid van halfgeleiders, bijvoorbeeld bij het gaan sperren van een pn-overgang in een halfgeleiderdiode, of schakeltijden in bipolaire schakeltransistoren, worden dan ook vrijwel uitsluitend veroorzaakt door de zich relatief traag voortbewegende gaten, die een relatief lange levensduur hebben.Schottkydioden,waarbij alleen elektronen in de geleidingsband een rol spelen, zijn daarom vele malen sneller dan pn-dioden. Hetzelfde geldt voor n-type-schakel-MOSFET'sten opzichte vanbipolaire schakeltransistoren.

Naast de eerder genoemde elementen kan ookberylliumals p-type dotering optreden.

Doteringsmethode

Er zijn in de halfgeleiderfysica twee gangbare methoden om te doteren:diffusieen ionenimplantatie.

Diffusie

Diffusie is meestal een tweetrapsproces: eerst wordt een laag met een hogeconcentratieonzuiverheden aangebracht, ook wel predepositie genoemd, waarna door een warmtebehandeling bij hogetemperatuurde dotering in het kristalroosterdiffundeert. Daarbij wordt de oppervlakteconcentratie lager en de concentratie in het materiaal hoger. Dediffusiecoëfficiëntspeelt hierbij een belangrijke rol.

Ionenimplantatie

Het implanteren vanionengebeurt ondervacuümmet een ionenbron. In de meeste gevallen is die bron een speciale uitvoering van eendeeltjesversneller,waarin ionen met de gewenste massa door een magneetveld worden afgescheiden. Versneld door eenelektrisch veld,botsen ze vervolgens met snelheden tot over 300.000 km/uur op het te doteren materiaal. In het geval van lage versnellingsspanningen zonder massascheiding spreekt men echter vanphysical vapor deposition.De indringdiepte hangt af van het te implanteren materiaal en van de grootte van het ion. Door een geschikte keuze van de versnellerspanning is de snelheid, en daarmee de indringdiepte van de ionen, nauwkeurig te regelen.

Mediabestanden

Zie de categorieDoping (semiconductor)vanWikimedia Commonsvoor mediabestanden over dit onderwerp.

WikiWoordenboek

Bronnen, noten en/of referenties