Halfgeleider (elektronica): verschil tussen versies

Silicium is een 4-waardig element, wat inhoudt dat de buitenste [[elektronenschil]] van een siliciumatoom 4 [[elektron]]en bevat. Zo'n [[atoom]] zou graag 8 elektronen om zich heen hebben. Daarom kristalliseert silicium in een vorm waarin elk atoom omgeven is door 4 andere, die elk een elektron met hun buur delen er worden [[Covalente_binding|covalente bindingen]] aan gegaan. Een mooie stabiele configuratie en weinig reden voor de elektronen om aan [[Geleidingsvermogen|geleiding]] te doen.

Bouwen we echter op enkele plaatsen in het kristal een verontreiniging in de vorm van een 5-waardig [[fosfor]]atoom in - het heeft echter maar 4 elektronen nodig, zodat één elektron niet wordt gebruikt. HetGezien heeftdeze ookelektron eengeen vrijcovalente elektronbinding enkan draagtaangaan, zorgzorgt deze voor enigede (half)geleiding: halfgeleiding. Verontreinigen we met 3-waardige [[boor (element)|booratomen]], dan probeert dat 5 elektronen te lenen, één meer dan de buren willen delen. Daarom gaan die ook weer op zoek, waardoor er steeds ergens een soort tekort is. Zo'n tekort noemen we een [[Gat (halfgeleiderfysica)|gat]]. Er zijn dus vrije gaten, die een zekere geleiding verzorgen (elektronen die steeds van gat naar gat springen).

Fosfor en boor zijn veelgebruikte elementen om silicium mee te verontreinigen, wat doperen of [[doteren]] genoemd wordt. Fosfor is een '''donor''' van elektronen en boor een '''acceptor'''. Met fosfor gedoteerd silicium wordt n-silicium genoemd, omdat er een overschot is aan geleidingselektronen. Met boor gedoteerd spreken we van p-silicium, omdat er een tekort is aan elektronen, wat we beschrijven als een overschot aan (positieve) gaten. De belangrijkste toepassing ontstaat als men p-silicium en n-silicium in elkaar laat overgaan. Er ontstaat een zogenaamde pn-overgang. In de grenslaag zullen de elektronen uit het n-silicium die toch niets te doen hebben een kijkje nemen in het p-silicium waar ze erg gevraagd zijn. Het gevolg is een zone zonder vrije ladingsdragers, de uitputtingszone. Een laagje n-silicium blijft met een tekort aan elektronen achter, dus positief geladen en een aansluitend laagje p-silicium heeft extra elektronen en is dus negatief geladen. Er zijn geen elektronen meer die van hun plaats willen, de pn-overgang geleidt niet. Leggen we een spanning aan tussen het n- en p-silicium, dan zal afhankelijk van de polariteit de [[uitputtingszone]] vergroot worden, dus geen stroom doorlaten, of zullen de elektronen teruggedreven worden, zodat na overwinnen van een drempelspanning geleiding optreedt: we hebben een silicium[[diode]].