Dotierungsgrad

Der Dotierungsgrad beschreibt die Konzentration der Dotierstoffe in einem Wirtsmaterial. Er gibt an, wie viele Dotieratome pro Volumen oder pro Wirtsgitteratom vorhanden sind und wird üblicherweise in Atomen pro Kubikzentimeter (cm^-3) oder als Anteil der Wirtsatome (z. B. ppm) angegeben. In Halbleitern unterscheidet man Donatoren, die Elektronen spenden, und Akzeptoren, die Löcher erzeugen; Donatoren ergeben n-Typ, Akzeptoren p-Typ.

Der Dotierungsgrad beeinflusst die elektrischen Eigenschaften maßgeblich. Bei Halbleitern ist die freie Ladungsträgerkonzentration oft geringer als die Dotierung, da nicht alle Dopanten vollständig ionisiert sind, und es zu Kompensation sowie Rekombination kommen kann. Mit zunehmendem Dotierungsgrad sinkt die Mobilität der Träger durch Streuung an Impuritäten; bei sehr hohen Konzentrationen kann es zu Defektbildung kommen. Typische Dichten reichen von ca. 10^14 bis 10^20 cm^-3, je nach Anwendung; leichte Dotierung dient der Feineinstellung der Leitfähigkeit, schwere Dotierung stabilisiert Kontakte oder beeinflusst Schaltzeiten.

Herstellung und Aktivierung: Dotierung erfolgt meist durch Diffusion oder Ionenimplantation, gefolgt von Wärmebehandlungen (z. B. Annealing) zur Aktivierung der Dopanten und zur Rekonstruktion des Gitters. Die Tiefe der Dotierung lässt sich durch Prozessparameter kontrollieren.

Messung und Analyse: Wichtige Messmethoden sind der Hall-Effekt zur Bestimmung von Trägerdichte und Mobilität, sowie SIMS oder XTEM für die Dopant-Verteilung. Kapazitäts-Voltage-Profiler (CV-Profiling) dient zur Profilierung der Dotierung in der Tiefe.

Anwendungen: Dotierung wird in Elektronikbauelementen wie Dioden, Transistoren, Solarzellen und Sensoren verwendet. Neben Halbleitern kommt Dotierung auch in Legierungen vor, um Eigenschaften wie Härte oder Korrosionsverhalten zu beeinflussen. Wichtige Begriffe sind Aktivierungsgrad, Ladungsträgerkonzentration und Kompensation; Herausforderungen sind Diffusion, Migration und Kosten.