אילוח (מוליכים למחצה)

מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית
קפיצה אל: ניווט, חיפוש

אילוח (נקרא גם זיהום או סימום, באנגלית Doping) של מוליך למחצה הוא הוספה של חומר זר בריכוז מזערי לחומר, לשם הגברת המוליכות החשמלית שלו.

מוליך למחצה נקי מאוד נקרא אינטרינסי (פנימי), ולעומתו מוליך למחצה שתכונותיו החשמליות נובעות מהאילוח נקרא אקסטרינזי (חיצוני). מוליך למחצה מזוהם ברמות גבוהות עד כדי כך שהתנהגותו דומה יותר למוליך מאשר למוליך למחצה נקרא מנוון.

אילוח אשר מוסיף אלקטרונים חופשיים יוצר מוליך למחצה מסוג n, מהמלה negative באנגלית כיוון שנוספים מטענים שליליים חופשיים בחומר. לעומתו אילוח מסוג p (מהמלה positive) מחסיר מטענים חופשיים ויוצר חורים חשמליים בחומר.

אילוח קפדני ומבוקר של מוליך למחצה הוא היסוד לתעשיית השבבים והמחשבים, שכן לחומרים נקיים או מזוהמים מאוד אין את התכונות הנדרשות ליצירתם.

היסטוריה[עריכת קוד מקור | עריכה]

זיהום מוליכים למחצה פותח במקור על ידי ג'ון רוברט וודיארד אשר עבד בחברת ספרי ג'יירוסקופ במהלך מלחמת העולם השנייה. הביקוש לעבודותיו בתחום הרדאר מנע ממנו את האפשרות להמשיך במחקר בתחום זיהום המוליכים למחצה, אולם, לאחר שהמלחמה הסתיימה, הפטנט שלו הניח את היסוד לפיתוח מסיבי של החברה שלו. מאוחר יותר עבודות קשורות הוצגו במעבדות חברת בל.

עקרון הפעולה[עריכת קוד מקור | עריכה]

Postscript-viewer-shaded.png ערך מורחב – מוליך למחצה

מוליך למחצה הוא חומר בעל מוליכות בטווח שבין מבודד למוליך. כאשר הטמפרטורה שלו עולה, מוליכותו עולה באופן מעריכי.

שבבי צורן נקי הם בעלי מוליכות נמוכה מאוד עקב הקשרים הקוולנטיים בין האטומים. קיים הפרש גדול בין האנרגיה של האלקטרונים, אשר נמצאים בתחום אנרגיה הנקרא פס הערכיות, לאנרגיה של הרמות הפנויות בתחום פס ההולכה. עקב עקרון האיסור של פאולי אלקטרונים לא יכולים לנוע אם כל המצבים מלאים, שהוא המצב במוליך למחצה אינטרינסי כמו צורן.

הוספה של חומר זר עם אלקטרונים חופשיים מוסיפה רמות אנרגיה אלקטרוניות הסמוכות לפס ההולכה, כך שאלקטרונים עוברים בקלות ביניהן, בעקבות תוספת אנרגיה קטנה מחום או משדה חשמלי, וחופשיים להוליך.

סוגי אילוח[עריכת קוד מקור | עריכה]

Postscript-viewer-shaded.png ערך מורחב – מוליך למחצה מאולח
  • מוליך למחצה מסוג n - הוא החלפה באטום בעל יותר אלקטרוני ערכיות מצורן, האלקטרון הנוסף יהווה נושא מטען חופשי ובכך יגביר את המוליכות.
  • מוליך למחצה מסוג p - הסוג השני הוא הוספת אטום בעל פחות אלקטרוני ערכיות מצורן, החסר באלקטרון יאפשר לאלקטרונים מקום רב יותר לנוע ובכך ישפר את המוליכות. המקום החסר של האלקטרון נקרא גם חור.

תהליך האילוח[עריכת קוד מקור | עריכה]

בתהליך הגידול של מצע החומר הטהור (בדרך כלל סיליקון), מוכנס איזשהו מזהם, אשר נותן לכל פרוסת סיליקון זיהום ראשוני כמעט אחיד. על מנת להגדיר אלמנטים במעגל, אזורים נבחרים מזוהמים עוד על ידי דיפוזיה או שתילת יונים. השיטה השנייה נפוצה יותר בייצורים המוניים בשל יכולת השליטה המעולה על התהליך.

מספר אטומי המזהמים אשר נדרשים על מנת ליצור הבדל ביכולתו של המוליך למחצה להוליך הוא קטן ביותר. כאשר מוספים מספר קטן (יחסית למספר אטומי החומר הטהור) של אטומי מזהם, בסדר גודל של אחד ל 100 מליון אטומים, החומר נקרא מזוהם קלות. כאשר מוסיפים הרבה אטומים נוספים, בסדר גודל של אחד לעשרת אלפים, החומר ייקרא מזוהם בכבדות. בדרך כלל הסימון הוא +n כאשר המוליך למחצה הוא מסוג n או +p כאשר המוליך למחצה הוא מסוג p.

ראו גם[עריכת קוד מקור | עריכה]

Stub comp.png ערך זה הוא קצרמר בנושא טכנולוגיה. אתם מוזמנים לתרום לוויקיפדיה ולהרחיב אותו.