German Subtitles for PV1x_2017_2.2.2_Doping-video



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Im vorigen Video haben wir erklärt, dass Halbleiter führen keine Elektrizität sehr gut.

Eine Möglichkeit, die elektrische Leitfähigkeit in Halbleitern zu manipulieren, um die Konzentration zu manipulieren von elektrisch geladenen Träger. Wir können dies tun durch Dotierung mit. In diesem Video werden wir zunächst vorstellen, was Doping ist. Dann werden wir diskutieren, wie Doping wichtige Materialeigenschaften in Halbleitern ändert. Die Konzentration der Ladungsträger in einem Halbleiter durch Dotieren manipulierbar das Material. Doping-Mittel, die wir Verunreinigungen in einer kontrollierten hinzufügen

Art und Weise auf das Material. Nehmen wir das Beispiel von Silizium nehmen. Silizium hat vier Valenzelektronen. In einem Siliziumgitter ist jedes Atom gebunden ist, kovalent an vier anderen Siliciumatom. Wir können annehmen, dass die Siliziumgitter und Ersatz eine kleine Menge an Siliciumatom mit verschiedenen Atomen. Dies wird allgemein mit Atomen aus zwei verschiedenen Elementen durchgeführt: Bor und Phosphor. Boratom hat drei Valenzelektronen, während Phosphoratom fünf Valenzelektronen hat.

Wenn Bor als Dotierungsmittel verwendet wird, wird das sich ergebende Material vom p-Typ bezeichnet. Wenn Phosphor verwendet wird, nennen wir, dass das Material vom n-Typ. Also, was passiert eigentlich, wenn wir Siliciumatom mit diesen Verunreinigungen ersetzen? Hier können Sie eine schematische Darstellung der Bindung zwischen Silizium und Bor-Atom sehen. Boratom ist in der Mitte dieser vier Siliciumatome gebunden Diagramm. Man kann sehen, dass drei der Siliciumatome mit dem Boratom kovalente Bindungen aufweisen.

Jedoch eines der Siliciumatom hat eine komisch aussehende Bindung mit dem Boratom. Dies liegt daran, Boratom Aktien nur ein Valenzelektron. Diese Bindung fehlt ein Elektron. Dieses fehlende Elektron als Loch bezeichnet. Auf der rechten Seite dieser Folie können wir die Situation mit einem Phosphoratom sehen. Vier Valenzelektronen des Phosphoratoms bilden vier kovalente Bindungen mit benachbarten Siliciumatome. Da Phosphoratom fünf Valenzelektronen hat,

gibt es ein zusätzliches Elektron herum und nicht beteiligt schwimmend in einer Bindung zu sein. Was wir erklären kann nur besser mit Hilfe der zweidimensionalen Bindung sichtbar gemacht werden Modell. Lassen Sie uns beginnen Vergleich intrinsische und dotiertem Halbleiter bei null Kelvin. Wir können das im Gitter eines n-Typ sehen Halbleiter, gibt es „extra“ Elektronen, die durch Phosphoratom erfolgen. In ähnlicher Weise enthält die p-Typ Gitter zusätzliche Löcher durch Boratome getragen.

Wenn die Temperatur steigt, können einige Silizium-Silizium-Bindungen brechen und Elektronen freigesetzt werden, von den Banden. Die fehlenden Elektronen in den Bindungen darstellen virtuelle Teilchen, die wir Löcher nennen. So ergibt sich die Bindungen brechen in der Bildung von Elektron-Loch-Paaren. Diese Elektronen und Löcher sind mobil und können bewegen sich durch das Material. Der gleiche Prozess brechen Bindungen tritt auch wenn das Material dotiert ist. in dotiert jedoch Material thermische Anregung

Auch wirkt sich die Dotierstoffatome. In n-Typ-Materialien, der zusätzliche Phosphor Elektron benötigt eine sehr geringe Menge an Wärmeenergie lost aus dem Phosphoratom zu erhalten und mobil geworden. Daher sagen wir, dass das Phosphoratom „spendet“ ein freies Mobil Elektron in das Siliziumgitter. Aus diesem Grunde wird Phosphor auch genannt ein „Spender“ zu sein. Wenn dieses mobile Elektron verläßt den Phosphor Atom, wird das Phosphoratom positiv geladen.

Dies ist, weil es jetzt mehr Protonen als Elektronen hat. In p-Typ-Materialien, können Elektronen leicht durch Boratome akzeptiert werden, um die Löcher zu füllen und vervollständigt die kovalente Bindung mit Siliciumatom. Wir nennen Dotierungen wie Bor „Akzeptoren“. Das Atom Bor wird negativ geladen da es nun ein zusätzliches Elektron akzeptiert. Wir sagen, dass Bor-Atome negativ ionisiert werden. Ionisierung der Dotierungsatome können lokal die Ladungsneutralität des Gitters selbst beeinflussen.

Dies geschieht, wenn Mobilfunkanbieter die Region mit festen ionisierten Dotieratomen abzuzureichern Als Folge wird das Gitter lokal positiv in dem n-Typ berechnet werden, während in der p-Typ wird werden sie negativ geladen. Dennoch ist die Ladungsneutralität des gesamten Materials noch aufrechterhalten. In den vorherigen Videos betonten wir die Beziehung zwischen Elektron Energie und Material der Zusammensetzung und Struktur. Darüber hinaus führten wir auch die Fermi-Energie

und Stufe zeigte, dass seine Position auf dem effektive Dichte von Zuständen in dem hängt Leitungs- und Valenzband. Wir können also erwarten, dass, wenn das Einfügen Donor- und Akzeptor-Atome, werden diese Eigenschaften beeinträchtigt werden. Mal sehen, wie. Lassen Sie uns, indem man die Banddiagramme starten unsere drei Materialien. In früheren Videos zeigte ich Ihnen das Banddiagramm ein intrinsischen Halbleiter. Die Position des Fermi-Niveaus, die ich habe

etikettiert E_Fi ist hier von großer Bedeutung. E_Fi steht für das Fermi-Niveau eines intrinsischen Halbleiter. In dem Banddiagramm des n-Typ-Materials, das Energieniveau als ED bezeichnet stellt Energie der „extra“ Elektronen des Phosphors Atome, die in nicht-Bindungen beteiligt sind. Der Energiepegel dieses schwach gebundene Elektron liegt in das Leitungsband zu schließen. Einmal aus dem Atom befreit, wird es gewinnen Energie und ein Energieniveau im Leitungsband besetzen.

Da durch Dotieren der durchschnittlich wir erhöhen Anzahl von Elektronen mit Energien im Leitungsband Energie der Elektronen wird zunehmen. Dies wird in einer Verschiebung der Fermi-Niveaus führt in Richtung des Leitungsbandes. Ich habe das intrinsische Fermi-Niveau gezogen für Referenz, aber die wirkliche Fermi-Niveau E_F wird hier in rot gezeichnet. Sie können sehen, dass es zwischen dem intrinsischen Fermi-Niveau ist und das Leitungsband und die mehr dotieren wir das Material, desto näher wird das Fermi-Niveau in das Leitungsband sein.

Wenn wir bei einem p-Typ-Material aussehen können wir eine ähnliche, aber entgegengesetzte Wirkung sehen. Jetzt haben wir ein Energieniveau, bezeichnet als E_A, die von Elektronen besetzt ist, die akzeptiert werden kovalente Bindungen zu bilden. Da in diesem Fall die meisten Elektronen besetzen Energieniveaus in oder nahe dem Valenzband der mittleren Energie von Elektronen verringert. Das Fermi-Niveau ist auf dem Valenzband verschoben. Wiederum ist das die Dotierung mit Akzeptoratomen höher, je näher das Fermi-Niveau sein,

zu dem Valenzband. Bevor wir mit einigen Berechnungen vorwärts zu bewegen die Konzentration der beweglichen Ladungsträger zu bestimmen, ist es wichtig, einige zu verstehen wichtige Terminologie. In Halbleitern unterscheidet man oft zwischen Mehrheit und Minoritätsladungsträger. Wie Sie bereits wissen, haben wir es mit zwei Typen von Ladungsträgern in Halbleitern. Negativ geladene Elektronen und positiv geladene Löcher. In einem intrinsischen Halbleiter haben wir die

gleiche Anzahl von Elektronen und Löchern. Allerdings mit einer Dotierung manipulieren wir die Konzentration von nur eine Art des Ladungsträgers. Wir nennen die Träger, deren Konzentration viel größer als die der anderen Art Majoritätsträger. Es handelt sich um Löcher in p-Typ-Materialien und Elektronen in n-Typ-Materialien. Minoritätsladungsträger sind die Träger mit viel geringerer Konzentration als die Mehrheit Träger. Dies sind Elektronen in in p-Typ-Materialien

und Löcher in der n-Typ-Materialien. Die Dotierstoffkonzentration kann selektiv sein, entsprechend der Anwendung ausgewählt. Für kristallines Silizium können wir drei haben hohe Dotierung, niedrig, mittel und schwer, deren Bereiche kann in diesem Bild zu sehen ist. Zur Veranschaulichung, wenn wir einen mäßigen Dotierung von 10 bis Leistung von 16 Dotierstoffatome pro Kubik Zentimeter bedeutet dies, dass wir aus 1 Million Silizium nur ein Siliziumatom ersetzt haben Atome. Für Solarzellenanwendungen, wir in der Regel

verwenden Schichten mit moderaten bis hohen Dotierstoffkonzentrationen. In diesem Video haben wir uns, wie Doping wirkt einige der Halbleitereigenschaften qualitativ. Im nächsten Video erfahren wir, wie zu berechnen die Ladungsträgerkonzentrationen und die Position der Fermi-Niveaus von Halbleitern in Abhängigkeit auf ihrer Dotierungskonzentration.



Video Description

PV1x_2017_2.2.3_Doping-video.mp4