¿El dopaje afecta el número de estados de la banda?

¿El dopaje de un semiconductor con impurezas aceptoras afecta el número de estados en las bandas de valencia y conducción? ¿Qué hay del dopaje con impurezas de donantes?

Me parece que en el primer caso la respuesta debería ser sí, agregar aceptores debería disminuir el número de estados de la banda mientras que en el último creo que la respuesta debería ser no. Las impurezas donantes agregan electrones al sistema, así como nuevos niveles dentro del espacio, mientras que las impurezas aceptoras disminuyen el número de electrones y convierten algunos de los estados de la banda en estados aceptores dentro del espacio. De esta forma, a temperatura cero siempre tenemos todos los estados de la banda de valencia llenos y todos los estados de la banda de conducción vacíos. De lo contrario, terminaríamos con electrones de conducción o huecos presentes incluso en el estado fundamental. No estoy seguro sin embargo si esto es correcto.

Recuerde que las concentraciones típicas de dopantes están en el rango de partes por millón. La parte sobre la temperatura cero no tiene sentido, ya que los niveles de dopante que introdujiste en primer lugar capturarán cualquier portador 'en exceso'.
@JonCuster, creo que a lo zero temperatureque se hace referencia es sobre el ejemplo de Boron en la respuesta que proporcioné. Tienes razón sobre el rango de PPM. Quiero decir, si alguien quiere cambiar ciertos atributos de los semiconductores, se produciría una receta precisa de impurezas y debería ser en forma de PPM.

Respuestas (1)

En general, dopar un semiconductor con impurezas afecta el número de estados en las bandas de valencia y conducción. El tipo de impurezas determina la banda (valencia/conducción) y el número de estados.

Estructura de banda a granel para Si, Ge, GaAs e InAs generada con un modelo de unión estrecha. Tenga en cuenta que Si y Ge son bandas prohibidas indirectas con mínimos en X y L, mientras que GaAs e InAs son materiales de banda prohibida directa.Diagrama de bandas de la operación de unión PN en modo de polarización directa que muestra la reducción del ancho de agotamiento. Tanto las uniones p como las n están dopadas a un nivel de dopaje de 1 × 1015/cm3, lo que lleva a un potencial incorporado de ~0,59 V. La reducción del ancho de agotamiento se puede inferir del perfil de carga cada vez más reducido, ya que se exponen menos dopantes con una polarización directa creciente.

Lo siguiente está tomado de Doping and Boron de wikipedia.

El dopaje de un semiconductor en un buen cristal introduce estados de energía permitidos dentro de la banda prohibida, pero muy cerca de la banda de energía que corresponde al tipo de dopante. En otras palabras, las impurezas donantes de electrones crean estados cerca de la banda de conducción , mientras que las impurezas aceptoras de electrones crean estados cerca de la banda de valencia . La brecha entre estos estados de energía y la banda de energía más cercana se suele denominar energía de enlace dopante-sitio o E B y es relativamente pequeña. Por ejemplo, la E B para el boro en la masa de silicio es de 0,045 eV, en comparación con la banda prohibida del silicio de aproximadamente 1,12 eV. Porque E B es tan pequeño que la temperatura ambiente es lo suficientemente alta como para ionizar térmicamente prácticamente todos los átomos dopantes y crear portadores de carga libres en las bandas de conducción o valencia.

El boro es un dopante útil para semiconductores como el silicio, el germanio y el carburo de silicio. Al tener un electrón de valencia menos que el átomo anfitrión, dona un hueco que da como resultado una conductividad de tipo p.

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