אילוח (מוליכים למחצה) – הבדלי גרסאות

תוכן שנמחק תוכן שנוסף
אין תקציר עריכה
איחוד מתוך זיהום מוליך למחצה, שכתוב כללי
שורה 1:
{{איחוד|זיהום מוליך למחצה}}
 
'''אילוח''' (באנגליתאו doping)''' הוא תהליך בו מוחלפים ב[[סריג]]זיהום''' של [[מוליך למחצה]] מספרהוא אטומיםהוספה להגברתשל חומר זר בריכוז מזערי לחומר, לשם הגברת ה[[מוליכות חשמלית|מוליכות החשמלית]] שלו.
לתהליך זה יישומים רבים בתורת [[המצב המוצק]], המוליכים למחצה, בתעשיית שבבי המחשב ועוד.
 
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 ל[[מוליך]] מאשר למוליך למחצה נקרא '''מנוון'''.
== הצורך באילוח ==
במאה העשרים גדל מאד השימוש הייצור ועיסוק בפיסות [[צורן]] (סיליקון), בעיקר לתעשיית המחשב.
שבבי צורן נקי, בעלי מוליכות זניחה לחלוטין, זאת בגלל הקשרים הכימיים בין האטומים המזכירים [[גרפיט]].
בכדי להשתמש בהם במעגלים חשמליים מוליכותם הייתה חייבת להשתפר.
הדרך לשפר מוליכות זאת נמצאה לבסוף בעזרת אילוח.
 
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 [[חור (חשמל)|חור]]ים חשמליים בחומר.
== סוגי אילוח==
 
אילוח קפדני ומבוקר של מוליך למחצה הוא היסוד לתעשיית השבבים והמחשבים, שכן לחומרים נקיים או מזוהמים מאוד אין את התכונות הנדרשות ליצירתם.
הסוג האינטואיטיבי יותר של אילוח הוא החלפה באטום בעל יותר [[אלקטרוני ערכיות]] מצורן, האלקטרון הנוסף יהווה נושא מטען חופשי ובכך יגביר את המוליכות. על פי רוב צורן מאולח באטום חנקן, על כן נקרא אילוח זה [[אילוח חנקני]] (n-doping באנגלית).
 
==היסטוריה==
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]].
זיהום מוליכים למחצה פותח במקור על ידי [[ג'ון רוברט וודיארד]] אשר עבד בחברת ספרי ג'יירוסקופ במהלך [[מלחמת העולם השנייה]]. הביקוש לעבודותיו בתחום ה[[רדאר]] מנע ממנו את האפשרות להמשיך במחקר בתחום זיהום המוליכים למחצה, אולם, לאחר שהמלחמה הסתיימה, ה[[פטנט]] שלו הניח את היסוד לפיתוח מסיבי של החברה שלו. מאוחר יותר עבודות קשורות הוצגו במעבדות חברת [[בל]].
 
== עקרון הפעולה ==
{{ערך מורחב|מוליך למחצה}}
מוליך למחצה הוא חומר בעל מוליכות בטווח שבין [[מבודד חשמלי|מבודד]] ל[[מוליך חשמלי|מוליך]]. כאשר הטמפרטורה שלו עולה, מוליכותו עולה באופן מעריכי.
 
שבבי צורן נקי הם בעלי מוליכות נמוכה מאוד עקב ה[[קשר קוולנטי|קשרים 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 [[סיליקון]].
 
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 ==
הסוג[[מוליך האינטואיטיבילמחצה יותרמסוג שלn]] אילוח- הוא החלפה באטום בעל יותר [[אלקטרוני ערכיות]] מצורן, האלקטרון הנוסף יהווה נושא מטען חופשי ובכך יגביר את המוליכות. על פי רוב צורן מאולח באטום חנקן, על כן נקרא אילוח זה [[אילוח חנקני]] (n-doping באנגלית).
 
[[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 (חשמל)|חור]].
 
== תהליך האילוח ==
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, איזורים נבחרים מזוהמים עוד על ידי [[דיפוזיה]] או שתילת יונים. השיטה השינה 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 מ[[מוליך למחצה מסוג n|סוג n]] או +p כאשר המוליך למחצה הוא מ[[מוליך למחצה מסוג p|סוג p]].
 
==ראו גם==
*[[מוליך למחצה]]
*[[ניידות חשמלית]]
 
{{קצרמר|טכנולוגיה}}
 
[[קטגוריה:מוליכים למחצה]]
 
[[en:Doping (semiconductor)]]
[[af:Dotering]]
[[ar:تشويب]]
[[de:Dotierung]]
[[es:Dopaje (semiconductores)]]
[[fr:Dopage (semi-conducteur)]]
[[id:Doping (semikonduktor)]]
[[it:Drogaggio]]
[[nl:Doteren]]
[[ja:ドーパント]]
[[no:Doping (halvledere)]]
[[pl:Domieszkowanie]]
[[pt:Dopante (química)]]
[[fi:Doping (puolijohde)]]
[[sv:Dopning (fysik)]]
[[uk:Легування (напівпровідники)]]