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Unter D. versteht man das Einbringen von Fremdatomen (zwischen 0,1 ppb und 100 ppm) in Halbleitermaterial, um dessen Eigenschaften gezielt zu verändern. Bezieht sich diese Veränderung auf die elektrische Leitfähigkeit des Halbleiters, unterscheidet man zwischen p- und n-Dotierung.
Undotierter Halbleiter (Bsp. Si): Ein Siliziumeinkristall besteht aus vierwertigen Siliziumatomen. Die vier Außenelektronen (Valenzelektronen) eines jeden Siliziumatoms bauen vier Atombindungen zu seinen Nachbaratomen auf und bilden dadurch die Kristallstruktur; dies macht alle vier Elektronen zu Bindungselektronen. Reines, undotiertens Silizium ist per se ein Isolator, also nichtleitend.
n-dotierung (Bsp. Si): Bei der n-Dotierung (n für die freibewegliche negative Ladung) werden fünfwertige Elemente (Donatoren) in das Siliziumgitter eingebracht und ersetzen dafür vierwertige Silizium-Atome. Ein fünfwertiges Element hat fünf Außenelektronen für Atombindungen zur Verfügung, sodaß beim Austausch eines Siliziumatoms durch ein Fremdatom im Kristall ein Außenelektron des Donators freibeweglich zur Verfügung steht. Dieses Elektron kann beim Anlegen einer Spannung Strom leiten. An der Stelle des Donator-Atoms entsteht eine ortsfeste positive Ladung, der eine negative Ladung des freibeweglichen Elektrons gegenübersteht.
p-Dotierung (Bsp. Si): Bei der p-Dotierung (p für die freibewegliche positive Lücke, auch Loch oder Defektelektron genannt) werden dreiwertige Elemente (Akzeptoren) in das Siliziumgitter eingebracht und ersetzen dafür vierwertige Silizium-Atome. Ein dreiwertiges Element hat drei Außenelektronen für Atombindungen zur Verfügung. Für die vierte Atombindung im Siliziumkristall fehlt ein Außenelektron. Diese Elektronenfehlstelle wird als „Loch“ oder Defektelektron bezeichnet. Beim Anlegen einer Spannung verhält sich dieses Loch wie ein freibeweglicher positiver Ladungsträger und kann analog zum negativ geladenen Elektron Strom leiten. Dabei springt ein Elektron – angetrieben durch das äußere Feld – aus einer Atombindung heraus, füllt ein Loch und hinterläßt ein neues Loch. An der Stelle des Akzeptor-Atoms entsteht eine ortsfeste negative Ladung, der eine positive Ladung des freibeweglichen Loches gegenübersteht.
Die Bewegungsrichtung der Löcher verhält sich dabei entgegengesetzt zu der Bewegungsrichtung der Elektronen und somit in Richtung der technischen Stromrichtung.