Doping (halvledere)

Doping, eller dotering, brukes ved produksjon av halvledere i elektronikkomponenter som transistorer og integrerte kretser. Doping er en prosess hvor meget rene halvledere tilsettes kontrollerte mengder «urenheter» av andre stoffer (doteringsstoffer), som opptar plass i krystallstrukturen. Doteringsstoffet og mengden velges ut ifra type halvledermateriale og ønskede egenskaper. Et doteringsstoff som tilfører flere elektroner i strukturen på grunn av løst bundne valenselektroner kalles en donor, mens et stoff som fanger inn elektroner og danner «hull» er en akseptor. Ekstra elektroner gir negativ ladningsmobilitet og kalles en n-type halvleder. Elektroner er majoritetsbærere og hull minoritetsbærere i n-type halvledere. Overskudd på hull gir positiv ladningsmobilitet og kalles en p-type halvleder. I p-type halvledere er hull majoritetsbærere og elektroner minoritetsbærere.

For halvledere i gruppe 14 som silisium og germanium, med fire valenselektroner, vil doping med gruppe 13 (Borgruppen), med tre valenselektroner (som bor) være akseptorer og gi opphav til hull, mens doping med gruppe 15 (Nitrogengruppen) med fem valenselektroner (for eksempel arsen) være donorer og gi frie elektroner.

Noen ikke-elementale halvledere som GaAs kan dopes med ett doteringsstoff som skaper to forskjellige ladninger. Et eksempel på dette er GaAs PN-overganger hvor Si erstatter Ga på N-siden og As på P-siden.

Antallet doteringsatomer som er nødvendig for å skape frie ladningsbærere (altså hull eller elektroner) er meget lite. Etter antallet doteringatomer er dopingen lett (ca. 1 doteringsatom pr 100 000 000 halvlederatomer) til tung (1 pr 10 000). Når dopingen er så høy at halvlederen oppfører seg mer som et normalt ledende materiale kalles materialet degenerert.

Man kan tilsette doteringsstoffere allerede når halvlederkrystallet vokser for å gi materialet en uniform startkarakteristikk. For å danne transistorer og andre halvlederelementer forandres lokale områder med tilsetning av nye doteringsstoffer ved diffusjon (belegg som avsettes på overflaten og diffunderer inn i halvlederen) eller ionisk implantasjon (bestråling med ioner). Områdene kontrolleres ved maskering med fotolitografi.

Referanser 

Faststoffysikk
Halvlederkomponenter