Wat is een halfgeleider
Een halfgeleider (semi conductor) is een materiaal dat op het vlak van elektrische geleiding het midden houdt tussen een isolator en een geleider.
In een kristalstructuur wordt de geleidbaarheid of isolatiefactor bepaald door de energiekloof (energy gap) tussen de valentieband en de geleidingsband.
De valentieband bevat de elektronen uit de buitenste schil van het atoom.
Bij een isolator is er relatief veel energie nodig om een elektron uit de buitenste schil te laten uitbreken naar de geleidingsband.
In een goede geleider, zoals koper, vloeit de valentieband over in de geleidingsband.
Het kost geen energie om het vrije elektron van koper te laten circuleren (deel te zijn van stroom).
Een goede isolator heeft een energiekloof groter dan 5 eV.
Silicium, de basis grondstof van een halfgeleider heeft een energiekloof Eg = 1.14 eV.
Door het silicium te doteren met een onzuiverheid beïnvloeden we de geleidbaarheid op een gecontroleerde manier.
Met de dotering, brengen we een ‘onzuiverheid’ of een roosterdefect aan in het silicium, waardoor de geleidbaarheid reeds door de energie van lichtfotonen wordt beïnvloedt.
P-type halfgeleider
Het silicium gebruikt in de beeldsensor is gedoteerd met boor en is een P-type halfgeleider.
Het basismateriaal silicium heeft 4 elektronen op haar buitenste schil.
Boor heeft slechts 3 elektronen op haar buitenste schil. Eén elektron minder dan silicium.
Een laag silicium wordt bedekt met een laag borium.
Onder hoge temperatuur diffundeert het boor tussen de silicium kristallen.
Op deze manier creëert men een elektronentekort of worden er elektronen-gaten gecreëerd in het kristalrooster.
De elektronen in de valentieband worden mobiel wanneer de gaten zich bewegen in de tegenovergestelde richting van de beweging van de elektronen.
N-Type halfgeleider
Een N-type halfgeleider is silicium gedoteerd met bijvoorbeeld antimoon.
Het basismateriaal silicium heeft 4 elektronen op haar buitenste schil.
Antimoon heeft 5 elektronen op haar buitenste schil. Eén elektron meer dan silicium.
Een laag silicium wordt bedekt met een laag antimoon.
Onder hoge temperatuur diffunderen de antimoonkristallen, tussen de siliciumkristallen.
Het vijfde elektron is als een vrij elektron in het kristalrooster en dient als ladingdrager.