Sự khác biệt chính giữa tạp chất cho và tạp chất nhận là các nguyên tố trong nhóm V của bảng tuần hoàn thường đóng vai trò là tạp chất cho trong khi các nguyên tố trong nhóm III thường hoạt động như tạp chất nhận.
Doping là quá trình thêm tạp chất vào chất bán dẫn. Doping rất quan trọng trong việc tăng độ dẫn điện của chất bán dẫn. Có hai dạng doping chính, đó là doping của nhà tài trợ và doping của người nhận. Sự pha tạp của nhà tài trợ thêm tạp chất vào người cho trong khi pha tạp chất của người chấp nhận thêm tạp chất vào chất nhận.
Tạp chất của Nhà tài trợ là gì?
Tạp chất của nhà tài trợ là các nguyên tố được thêm vào một nhà tài trợ để tăng độ dẫn điện của nhà tài trợ đó. Các nguyên tố trong nhóm V của bảng tuần hoàn là các tạp chất thông thường. Chất cho là nguyên tử hoặc nhóm nguyên tử có thể tạo thành vùng loại n khi được thêm vào chất bán dẫn. Một ví dụ phổ biến là silicon (Si).
Hình 1: Sự hiện diện của Nhà tài trợ trong Mạng lưới Silicone
Các nguyên tố nhóm V thường đóng vai trò là tạp chất cho bao gồm asen (As), phốt pho (P), bitmut (Bi) và antimon (Sb). Các nguyên tố này có năm electron ở lớp vỏ electron ngoài cùng của chúng (có năm electron hóa trị). Khi thêm một trong những nguyên tử này vào chất cho như silicon, tạp chất sẽ thay thế nguyên tử silicon, tạo thành bốn liên kết cộng hóa trị. Nhưng, bây giờ có một điện tử tự do vì có năm điện tử hóa trị. Do đó, điện tử này ở lại như một điện tử tự do, điều này làm tăng độ dẫn điện của chất bán dẫn. Hơn nữa, số lượng nguyên tử tạp chất xác định số lượng điện tử tự do có trong chất cho.
Tạp chất Người chấp nhận là gì?
Tạp chất của chất nhận là các phần tử được thêm vào chất nhận để tăng độ dẫn điện của chất nhận đó. Các nguyên tố trong nhóm III thường gặp là tạp chất chấp nhận. Các nguyên tố trong nhóm III bao gồm nhôm (Al), bo (B) và gali (Ga). Chất nhận là chất pha tạp tạo thành vùng loại p khi được thêm vào chất bán dẫn. Các nguyên tử này có ba điện tử hóa trị ở lớp vỏ điện tử ngoài cùng của chúng.
Hình 2: Sự hiện diện của Chất nhận trong Mạng Silicon
Khi thêm một trong các nguyên tử tạp chất như nhôm vào chất nhận, nó sẽ thay thế các nguyên tử silicon trong chất bán dẫn. Trước khi bổ sung này, nguyên tử silicon có bốn liên kết cộng hóa trị xung quanh nó. Khi nhôm chiếm vị trí của silic, nguyên tử nhôm chỉ tạo thành ba liên kết cộng hóa trị, do đó, dẫn đến thiếu liên kết cộng hóa trị. Điều này tạo ra một điểm trống hoặc một lỗ hổng. Tuy nhiên, những lỗ này rất hữu ích trong việc dẫn điện. Khi số nguyên tử tạp chất được thêm vào tăng lên, số lượng lỗ trống có trong chất bán dẫn cũng tăng lên. Việc bổ sung này, đến lượt nó, làm tăng độ dẫn điện. Sau khi hoàn thành quá trình pha tạp chất, chất bán dẫn trở thành chất bán dẫn bên ngoài.
Sự khác biệt giữa Tạp chất của Người cho và Người nhận là gì?
Tạp chất của Người cho và Người nhận |
|
| Tạp chất của nhà tài trợ là các nguyên tố được thêm vào nhà tài trợ để tăng độ dẫn điện của nhà tài trợ đó. | Tạp chất của chất nhận là các phần tử được thêm vào chất nhận để tăng độ dẫn điện của chất nhận đó. |
|
Tạp chất Thường gặp | |
| Phần tử nhóm V | Phần tử nhóm III |
| Ví dụ về Tạp chất | |
| Asen (As), phốt pho (P), bitmut (Bi) và antimon (Sb). | Nhôm (Al), bo (B) và gali (Ga) |
| Quy trình | |
| Tăng các electron tự do trong chất bán dẫn. | Tăng các lỗ có trong chất bán dẫn. |
| Điện tử hóa trị | |
| Nguyên tử có năm electron hóa trị. | Nguyên tử có ba electron hóa trị. |
| Liên kết cộng hóa trị | |
| Hình thành bốn liên kết cộng hóa trị bên trong chất bán dẫn, để lại điện tử thứ năm là điện tử tự do. | Hình thành ba liên kết cộng hóa trị bên trong chất bán dẫn, để lại một lỗ trống nơi thiếu liên kết cộng hóa trị. |
Tóm tắt - Tạp chất của Người cho và Người nhận
Chất bán dẫn là vật liệu dẫn điện giữa chất cách điện là chất không dẫn điện và kim loại là chất dẫn điện. Người cho và người nhận là chất pha tạp tạo thành vùng dẫn điện trong chất bán dẫn. Việc pha tạp chất cho và chất nhận là các quá trình làm tăng độ dẫn điện của chất bán dẫn. Sự khác biệt chính giữa tạp chất cho và tạp chất nhận là các nguyên tố trong nhóm III của bảng tuần hoàn đóng vai trò là tạp chất cho trong khi các nguyên tố trong nhóm V đóng vai trò là tạp chất nhận.
