Was ist der Mehrheits – und Minderheitsladungsträger – Definition?

Ein externer Halbleiter oder dotierter Halbleiter ist ein Halbleiter, der absichtlich dotiert wurde, um seine elektrischen, optischen und strukturellen Eigenschaften zu modulieren. Bei Halbleiterdetektoren für ionisierende Strahlung ist Dotieren das absichtliche Einbringen von Verunreinigungen in einen intrinsischen Halbleiter zum Zweck der Änderung ihrer elektrischen Eigenschaften. Intrinsische Halbleiter werden daher auch als reine Halbleiter oder i-Halbleiter bezeichnet.

Die Zugabe eines kleinen Prozentsatzes von Fremdatomen in das regelmäßige Kristallgitter von Silizium oder Germanium führt zu dramatischen Änderungen ihrer elektrischen Eigenschaften, da diese in die Kristallstruktur des Halbleiters eingebauten Fremdatome freie Ladungsträger ( Elektronen oder Elektronenlöcher ) in der Zelle liefern Halbleiter. In einem externen Halbleiter liefern diese Fremddotierungsatome im Kristallgitter hauptsächlich die Ladungsträger, die elektrischen Strom durch den Kristall transportieren. Im Allgemeinen gibt es zwei Arten von Dotierungsatomen, die zu zwei Arten von externen Halbleitern führen. Diese Dotierstoffe, die die gewünschten kontrollierten Änderungen erzeugen, werden entweder als Elektronenakzeptoren oder als Donoren klassifiziert und die entsprechenden dotierten Halbleiter sind bekannt als:

• Halbleiter vom n-Typ. 
• p-Halbleiter.

Ladungsträger in extrinsischen Halbleitern

Die Anzahl der Ladungsträger reiner Halbleiter bei bestimmter Temperatur wird durch die Eigenschaften des Materials selbst anstelle der Menge an Verunreinigungen bestimmt. Es ist zu beachten, dass eine 1 cm ³ -Probe von reinem Germanium bei 20 ° C etwa 4,2 × 10 ²² Atome enthält, aber auch etwa 2,5 × 10 ¹³ freie Elektronen und 2,5 × 10 ¹³ Löcher. Diese Ladungsträger werden durch thermische Anregung erzeugt . In intrinsischen Halbleitern sind die Anzahl der angeregten Elektronen und die Anzahl der Löcher gleich: n = p. Elektronen und Löcher entstehen durch Anregung von Elektronen vom Valenzband zum Leitungsband. Ein Elektronenloch (oft einfach als Loch bezeichnet) ist das Fehlen eines Elektrons an einer Stelle, an der man in einem Atom oder Atomgitter existieren könnte. Diese Gleichheit kann sogar nach dem Dotieren des Halbleiters der Fall sein, allerdings nur, wenn er mit Donatoren und Akzeptoren gleichermaßen dotiert ist. In diesem Fall gilt immer noch n = p, und der Halbleiter bleibt intrinsisch, obwohl er dotiert ist. Die Zugabe von 0,001% Arsen (eine Verunreinigung) spendet zusätzliche 10 ¹⁷Freie Elektronen im gleichen Volumen und die elektrische Leitfähigkeit erhöhen sich um den Faktor 10.000. Bei dotiertem Material wäre das Signal-Rausch-Verhältnis (S / N) noch kleiner. Da Germanium eine relativ geringe Bandlücke aufweist, müssen diese Detektoren gekühlt werden, um die thermische Erzeugung von Ladungsträgern (also den umgekehrten Leckstrom) auf ein akzeptables Niveau zu reduzieren. Andernfalls zerstört durch leckstrominduziertes Rauschen die Energieauflösung des Detektors.

Ladungsträger in n-Halbleitern

Im n-Halbleiter werden die Leitungselektronen vollständig von der Anzahl der Donorelektronen dominiert . Deshalb:

Die Gesamtzahl der Leitungselektronen ist in etwa gleich der Zahl der Spenderstellen, n≈N _D .

Die Ladungsneutralität des Halbleitermaterials bleibt erhalten, da angeregte Donorstellen die Leitungselektronen ausgleichen. Das Nettoergebnis ist, dass die Anzahl der Leitungselektronen erhöht wird, während die Anzahl der Löcher verringert wird. Das Ungleichgewicht der Trägerkonzentration in den jeweiligen Bändern wird durch die unterschiedliche absolute Anzahl von Elektronen und Löchern ausgedrückt. Elektronen sind Majoritätsträger, während Löcher Minoritätsträger in n-Typ-Material sind.

Ladungsträger in p-Halbleitern

Im p-Halbleiter wird die Anzahl der Elektronenlöcher vollständig von der Anzahl der Akzeptorstellen dominiert. Deshalb:

Die Gesamtzahl von Löchern ist ungefähr gleich der Anzahl der Spenderstellen, p ≈ N _A .

Die Ladungsneutralität dieses Halbleitermaterials bleibt ebenfalls erhalten. Das Nettoergebnis ist, dass die Anzahl der Elektronenlöcher erhöht wird, während die Anzahl der Leitungselektronen verringert wird. Das Ungleichgewicht der Trägerkonzentration in den jeweiligen Bändern wird durch die unterschiedliche absolute Anzahl von Elektronen und Löchern ausgedrückt. Elektronenlöcher sind Majoritätsträger , während Elektronen Minoritätsträger in p-Material sind.