Dotierungsniveau

Dotierungsniveau bezeichnet den Gehalt an Dotierstoffen in einem Halbleiter und gibt an, wie stark das Material durch Zugabe von Donatoren oder Akzeptoren dotiert ist. Die Dotierkonzentration wird üblicherweise als Nd (Donatoren) oder Na (Akzeptoren) angegeben und in Einheiten von Teilchen pro Kubikzentimeter (cm^-3) gemessen. Typische Werte reichen von etwa 10^12–10^14 cm^-3 bei sehr leichter Dotierung bis zu 10^18–10^20 cm^-3 bei stark dotierten, degnerierten Materialien. Unterschiede in der Dotierung beeinflussen die Trägerart und -dichte des Halbleiters wesentlich.

Es gibt n-Typ-Dotierung mit Donatoren, die zusätzliche Elektronen bereitstellen, und p-Typ-Dotierung mit Akzeptoren, die Löcher erhöhen. Die Dotierung bestimmt, ob das Material überwiegend Elektronen oder Löcher als Ladungsträger trägt. Leichte Dotierung verändert die Leitfähigkeit nur geringfügig; schwere Dotierung verschiebt das Fermi-Niveau deutlich in Richtung des Leitungsbands (n-Typ) bzw. des Valenzbands (p-Typ). Sehr hohe Konzentrationen führen zu degnerierter Dotierung, bei der klassische p–n-Junction-Modelle an Grenzen stoßen.

Die Dotierung beeinflusst wesentliche Eigenschaften wie die Trägerkonzentration, Mobilität und das Verhalten von Grenzschichten in Bauelementen. In PN- oder MOS-Strukturen bestimmt sie die Verarmungsbereiche, die Durchlassspannung und die Threshold-Spannung. In der Elektronik ist das Dotierungsprofil entscheidend für Leitfähigkeit, Stromverteilung und Leistungsparameter von Bauelementen.

Herstellung und Profilierung erfolgen durch Diffusion, Ionenimplantation oder epitaktische Abscheidung. Dotierte Schichten können abrupt oder mit Profil (z. B. Stufen- oder Glätten-Pegel) ausgelegt sein. Nach dem Einbringen erfolgt eine Aktivierung durch Annealing, während Diffusion und Beweglichkeit von Trägern durch Temperatur- und Materialparameter gesteuert werden.

Messungen von Dotierungsniveau erfolgen unter anderem mittels SIMS, Hall-Effekt-Messungen und Widerstandsprofilen. Die exakte Kontrolle des Dotierungsniveaus ist entscheidend für das Design und die Leistungsfähigkeit mikroelektronischer Bauelemente sowie optoelektronischer Anwendungen.