Dotierung von Halbleitern

Die Dotierung ist ein Verfahren zur gezielten Veränderung der elektrischen Leitfähigkeit von Halbleitern wie Silizium oder Germanium. Dabei werden dem reinen Halbleitermaterial geringe Mengen Fremdatome hinzugefügt.

Durch Dotierung entstehen n-dotierte oder p-dotierte Halbleiter.

Reiner Halbleiter

Ein reiner (intrinsischer) Halbleiter besitzt:

• wenige frei bewegliche Ladungsträger
• eine geringe elektrische Leitfähigkeit

Beispiel: Reines Silizium bildet ein Kristallgitter mit vier Bindungen pro Atom.

Silizium Gitter

n-Dotierung

Bei der n-Dotierung werden dem Halbleiter fünfwertige Atome (Donatoren) hinzugefügt.

Typische Dotierstoffe

• Phosphor (P)
• Arsen (As)

Diese Atome besitzen ein zusätzliches Elektron, das leicht beweglich ist.

Dotierung phospor gitter

Eigenschaften n-dotiert

• Elektronen sind die Mehrheitsträger
• Löcher sind Minderheitsträger
• negative Ladungsträger überwiegen

Merksatz:

n-dotiert → n wie negativ → Elektronenüberschuss

p-Dotierung

Bei der p-Dotierung werden dreiwertige Atome (Akzeptoren) eingebracht.

Typische Dotierstoffe

• Bor (B)
• Aluminium (Al)

Diese Atome erzeugen Elektronenlücken (Löcher) im Kristallgitter.

Dotierung bor gitter

Eigenschaften p-dotiert

• Löcher sind die Mehrheitsträger
• Elektronen sind Minderheitsträger
• positive Ladungsträger überwiegen

Merksatz:

p-dotiert → p wie positiv → Löcherüberschuss

Vergleich p-dotiert und n-dotiert

Eigenschaft	n-dotiert	p-dotiert
Dotierstoff	fünfwertig	dreiwertig
Beispiel	Phosphor	Bor
Mehrheitsträger	Elektronen	Löcher
Ladungstyp	negativ	positiv

Bedeutung der Dotierung

Dotierte Halbleiter sind die Grundlage für:

• Dioden
• Transistoren
• Integrierter Schaltkreis
• Mikroprozessoren

Ohne Dotierung wäre moderne Elektronik nicht möglich.

Kurzmerksatz

Durch Dotierung wird aus einem schlecht leitenden Halbleiter ein gezielt steuerbarer elektrischer Leiter.