P- en n-type silicium

Anders dan in de echt geleidende materialen (metalen) is in halfgeleiders maar een klein deel van de elektronen beschikbaar voor het transport van elektriciteit. Hoeveel precies hangt onder meer af van de materiaalsamenstelling en de temperatuur. In een zuiver siliciumkristal bevinden de atomen zich in een keurig netwerk. Ieder siliciumatoom is verbonden met 4 andere siliciumatomen (figuur 8).

: Figuur 8: p- (rechts) en n-type (links) silicium. In het n-type silicium zijn veel vrije electronen beschikbaar, in het p-type veel vrije gaten.

De 4 ‘valentie-elektronen’ van ieder siliciumatoom worden gedeeld met de buuratomen. Het zijn deze gedeelde elektronen die bij hogere temperatuur, of onder invloed van zonlicht, los kunnen raken en die zich vervolgens vrij door het materiaal bewegen. Als we een siliciumatoom in het rooster vervangen door een atoom met 5 valentie-elektronen past dat atoom niet goed in het netwerk (linker afbeelding in figuur 5). Fosfor is zo’n 5-waardig atoom. Het heeft maar 4 buuratomen van silicium waar het 4 valentie-elektronen mee kan delen, dus blijft er 1 elektron over. Dat 5^e elektron komt gemakkelijk los (waarbij een positief geladen fosforatoom achterblijft: het ‘gat’) en zorgt voor een ‘elektronendruk’ in het materiaal. In goed Nederlands is het silicium ‘gedoteerd’ met fosfor, en dit materiaal heet een n-type halfgeleider. Het ligt nu voor de hand dat je ook het omgekeerde kunt doen: een driewaardig atoom inbrengen (meestal borium) waarmee er in feite lokaal een bindingselektron te weinig is en ‘elektronenzuigkracht’ ontstaat (rechtse afbeelding). Met borium gedoteerd silicium wordt p-type silicium genoemd.