impuritetsniveauer

Impuritetsniveauer refererer til specifikke energiniveauer i et fast stof, som dannes af fremmede atomer eller defekter, der ikke er en del af det oprindelige krystal. I halvledere opnås sådanne niveauer ved dopning, hvor atomer erstatter gitteratomer (substitutionel) eller ligger i interstitielle positioner. Dopende indførte niveauer kaldes ofte donor- eller acceptor-niveauer og findes typisk i båndgabet mellem valens- og ledningsbåndet. Nogle niveauer ligger tæt på et af båndene (shallow), andre længere inde i båndgabet (deep).

Shallow donor- og acceptor-niveauer ioniseres ved relativt lave temperaturer og øger antallet af frie bærere, hvilket ændrer ledningsevnen og Hall-koefficienten. Deep-niveauer kan fungere som fangere for elektroner eller huller og kan skabe recombination-centre samt reducere mobiliteten og ændre optiske egenskaber. Fordelingen af energiniveauer og deres ionisering afhænger af dopant-type, koncentration og temperatur samt materialets bandstruktur.

Impuritetsniveauer kan måles ved elektriske og optiske teknikker såsom temperaturafhængig ledningsevne og Hall-effekt, eller mere avanceret ved DLTS (deep-level transient spectroscopy) og fotoluminescens. I praksis kontrolleres impuritetsniveauerne nøje i produktionen af halvledere og andre faststoffer for at sikre ønskede elektriske og optiske egenskaber.

Ud over halvledere kan begrebet impuritetsniveauer også anvendes i kemi og farmaceutiske sammenhæng, hvor sporbare urenheder påvirker kvalitet, sikkerhed og lovpligtige grænseværdier. Reguleringer og standarder fastsætter ofte maksimale koncentrationer af urenheder i produkter, drikkevand og medicin for at sikre ydeevne og sikkerhed.