ความแตกต่างที่สำคัญระหว่างสิ่งเจือปนของผู้บริจาคและตัวรับคือองค์ประกอบในกลุ่ม V ของตารางธาตุมักจะทำหน้าที่เป็นสิ่งเจือปนของผู้บริจาคในขณะที่องค์ประกอบในกลุ่ม III มักจะทำหน้าที่เป็นสิ่งเจือปนของตัวรับ
Doping เป็นกระบวนการที่เติมสิ่งเจือปนให้กับเซมิคอนดักเตอร์ ยาสลบมีความสำคัญในการเพิ่มความนำไฟฟ้าของเซมิคอนดักเตอร์ ยาสลบมีสองรูปแบบหลักๆ คือ ยาสลบจากผู้บริจาคและยาสลบ ยาสลบผู้บริจาคเพิ่มสิ่งสกปรกให้กับผู้บริจาคในขณะที่ยาสลบของตัวรับจะเพิ่มสิ่งสกปรกให้กับตัวรับ
สิ่งเจือปนของผู้บริจาคคืออะไร
สิ่งเจือปนของผู้บริจาคเป็นองค์ประกอบที่เพิ่มให้กับผู้บริจาคเพื่อเพิ่มการนำไฟฟ้าของผู้บริจาคนั้น องค์ประกอบในกลุ่ม V ของตารางธาตุคือสิ่งเจือปนของผู้บริจาคทั่วไป ผู้บริจาคคืออะตอมหรือกลุ่มของอะตอมที่สามารถสร้างบริเวณชนิด n เมื่อเติมลงในเซมิคอนดักเตอร์ ตัวอย่างทั่วไปคือซิลิกอน (Si).
รูปที่ 1: การมีอยู่ของผู้บริจาคในตะแกรงซิลิโคน
ธาตุหมู่ V ที่มักทำหน้าที่เป็นสารเจือปนของผู้บริจาค ได้แก่ สารหนู (As), ฟอสฟอรัส (P), บิสมัท (Bi) และพลวง (Sb) องค์ประกอบเหล่านี้มีอิเล็กตรอนห้าตัวในเปลือกอิเล็กตรอนชั้นนอกสุด (มีอิเล็กตรอนวาเลนซ์ห้าตัว)เมื่อเติมอะตอมเหล่านี้ลงในผู้บริจาค เช่น ซิลิกอน สิ่งเจือปนจะเข้ามาแทนที่อะตอมของซิลิกอน ทำให้เกิดพันธะโควาเลนต์สี่พันธะ แต่ตอนนี้ มีอิเล็กตรอนอิสระ เนื่องจากมีเวเลนซ์อิเล็กตรอนห้าตัว ดังนั้นอิเล็กตรอนนี้จึงยังคงเป็นอิเล็กตรอนอิสระซึ่งจะช่วยเพิ่มค่าการนำไฟฟ้าของเซมิคอนดักเตอร์ นอกจากนี้ จำนวนอะตอมของสิ่งเจือปนยังกำหนดจำนวนอิเล็กตรอนอิสระที่มีอยู่ในผู้บริจาค
สิ่งเจือปนของตัวรับคืออะไร
สิ่งเจือปนของตัวรับคือองค์ประกอบที่เพิ่มไปยังตัวรับเพื่อเพิ่มค่าการนำไฟฟ้าของตัวรับนั้น องค์ประกอบในกลุ่ม III เป็นเรื่องธรรมดาในฐานะสิ่งเจือปนของตัวรับ ธาตุในกลุ่ม III ได้แก่ อะลูมิเนียม (Al), โบรอน (B) และแกลเลียม (Ga) ตัวรับคือสารเจือปนซึ่งสร้างขอบเขตประเภท p เมื่อเติมลงในเซมิคอนดักเตอร์ อะตอมเหล่านี้มีเวเลนซ์อิเล็กตรอนสามตัวในเปลือกอิเล็กตรอนชั้นนอกสุด
รูปที่ 2: การมีอยู่ของตัวรับในซิลิกอนแลตทิซ
เมื่อเติมอะตอมของสิ่งเจือปนอย่างเช่น อะลูมิเนียม ลงในตัวรับ มันจะแทนที่อะตอมของซิลิกอนในเซมิคอนดักเตอร์ ก่อนการเติมนี้ อะตอมของซิลิกอนมีพันธะโควาเลนต์สี่พันธะอยู่รอบๆ เมื่ออะลูมิเนียมเข้าแทนที่ซิลิกอน อะตอมของอะลูมิเนียมจะสร้างพันธะโควาเลนต์เพียงสามพันธะ ซึ่งจะส่งผลให้พันธะโควาเลนต์หายไป ทำให้เกิดช่องว่างหรือหลุม อย่างไรก็ตาม รูเหล่านี้มีประโยชน์ในการนำไฟฟ้า เมื่อจำนวนอะตอมของสิ่งเจือปนเพิ่มขึ้น จำนวนรูที่มีอยู่ในเซมิคอนดักเตอร์ก็เพิ่มขึ้นเช่นกัน นอกจากนี้ ในทางกลับกัน จะเพิ่มการนำไฟฟ้า หลังจากเสร็จสิ้นกระบวนการยาสลบ เซมิคอนดักเตอร์จะกลายเป็นเซมิคอนดักเตอร์ภายนอก
สิ่งเจือปนของผู้บริจาคและผู้รับต่างกันอย่างไร
ผู้บริจาคเทียบกับสิ่งเจือปนของผู้รับ |
|
| สิ่งเจือปนของผู้บริจาคเป็นองค์ประกอบที่เพิ่มให้กับผู้บริจาคเพื่อเพิ่มการนำไฟฟ้าของผู้บริจาคนั้น | สิ่งเจือปนของตัวรับคือองค์ประกอบที่เพิ่มไปยังตัวรับเพื่อเพิ่มการนำไฟฟ้าของตัวรับนั้น |
| สิ่งเจือปนทั่วไป | |
| องค์ประกอบกลุ่ม V | องค์ประกอบกลุ่ม III |
| ตัวอย่างสิ่งเจือปน | |
| สารหนู (As), ฟอสฟอรัส (P), บิสมัท (Bi) และพลวง (Sb) | อลูมิเนียม (Al), โบรอน (B) และแกลเลียม (Ga) |
| กระบวนการ | |
| เพิ่มอิเล็กตรอนอิสระในเซมิคอนดักเตอร์ | เพิ่มรูที่มีอยู่ในเซมิคอนดักเตอร์ |
| วาเลนซ์อิเล็กตรอน | |
| อะตอมมีเวเลนซ์อิเล็กตรอนห้าตัว | อะตอมมีเวเลนซ์อิเล็กตรอนสามตัว |
| พันธะโควาเลนต์ | |
| สร้างพันธะโควาเลนต์สี่พันธะภายในเซมิคอนดักเตอร์ โดยปล่อยให้อิเล็กตรอนที่ห้าเป็นอิเล็กตรอนอิสระ | สร้างพันธะโควาเลนต์สามตัวภายในเซมิคอนดักเตอร์ ทำให้เกิดรูที่พันธะโควาเลนต์ขาดหายไป |
สรุป – ผู้บริจาคเทียบกับสิ่งเจือปนของผู้รับ
เซมิคอนดักเตอร์เป็นวัสดุที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าระหว่างฉนวนที่ไม่ใช่ตัวนำกับโลหะที่เป็นตัวนำไฟฟ้าผู้บริจาคและผู้ยอมรับเป็นสารเจือปนที่สร้างบริเวณที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าในเซมิคอนดักเตอร์ สารเติมแต่งของผู้บริจาคและผู้รับเป็นกระบวนการที่เพิ่มความนำไฟฟ้าของเซมิคอนดักเตอร์ ความแตกต่างที่สำคัญระหว่างสิ่งเจือปนของผู้บริจาคและตัวรับคือองค์ประกอบในกลุ่ม III ของตารางธาตุทำหน้าที่เป็นสิ่งเจือปนของผู้บริจาคในขณะที่องค์ประกอบในกลุ่ม V ทำหน้าที่เป็นสิ่งเจือปนของตัวรับ