metallidopantteja

Metallidopantteja ovat pienet metalliatomit, joita lisätään epäorgaanisiin materiaaleihin niiden ominaisuuksien muokkaamiseksi. Dopantit voivat korvata isäntäatomia substitutional-dopauksessa tai asettua kiderakenteen sisäosiin interstitial-dopauksessa. Metallidopanttien vaikutus riippuu dopantin ja isäntäaineen kemiallisista ominaisuuksista: ne voivat muodostaa donor- tai acceptor-tasoja, jolloin vapaita varauksenkantajia syntyy lisää tai vähenee, sekä muuttaa materiaalin energiakaarta ja johtavuutta. Joissakin järjestelmissä metallidopantit voivat indusoida magneettista käyttäytymistä tai vaikuttaa luminesenssiin ja katalyysiin.

Yleisimmät käyttötarkoitukset liittyvät puolijohde- ja oksidimateriaalien ominaisuuksien hallintaan. Esimerkiksi ZnO-, TiO2- ja SrTiO3-kaltaisissa oksideissa dopauksella voidaan säätää sähköistä johtavuutta, valo-ominaisuuksia ja magnetismia. Dilutoitujen magnetisten semikonduktoreiden tutkimuksessa käytetään Mn-, Fe-, Co- ja Ni-dopanteja, ja luminesenssi- sekä lasersovelluksissa hyödyntävät lanthanoididopanteja kuten europium (Eu) ja terbium (Tb).

Metallidopantteja lisätään useilla menetelmillä: dopantti voidaan asettaa substitutional- tai interstitial-sijainteihin sekä toteuttaa diffuusio- tai ionisuihkutusmenetelmillä. Epitaksiset kasvatusmenetelmät kuten CVD ja MBE sekä muut kemialliset tai fysikaaliset kasvatusmenetelmät mahdollistavat tarkat pitoisuudet ja jakautumisen.

Haasteisiin kuuluu dopanttien liukenemisen rajoitukset, dopanttien klusteröityminen, sähköinen kompensaatio sekä dopanttien diffuusoituminen pois materiaalista. Lämpötilan vaihtelut vaikuttavat dopanttien jakautumiseen ja vakauteen, mikä voi heikentää laitteen suorituskykyä.