Как атом примеси меняет поведение кремния
В кристалле кремния каждый атом связан с соседями общими электронами. В идеально чистом материале при обычных условиях лишь небольшая часть электронов может свободно перемещаться, поэтому ток проходит с трудом. Легирование меняет не саму кристаллическую основу, а число доступных носителей заряда.
Атом фосфора имеет на один электрон больше, чем требуется для связей с соседними атомами кремния. Этот дополнительный электрон сравнительно легко освобождается и может переносить заряд через кристалл. Такой кремний называют материалом n-типа: в нём преобладают отрицательные носители — электроны.
Почему бор создаёт «положительные» носители
У атома бора, напротив, на один электрон меньше для полного набора связей. В структуре возникает незаполненное место — «дырка». Когда соседний электрон занимает его, дырка как будто перемещается в обратную сторону. Это удобный способ описывать перенос заряда; сама дырка не является отдельной частицей. Материал, где преобладают такие носители, называют кремнием p-типа.
Из областей разного типа собирают переключатели
В микросхеме участки p- и n-типа располагают рядом и соединяют в определённые структуры. На границе двух областей электроны и дырки перераспределяются, создавая зону, которая препятствует свободному движению заряда. Напряжение на контактах может менять это препятствие: в одном режиме ток проходит, в другом — почти нет.
Так возникает основа полупроводниковых переключателей, в том числе транзисторов. Легирование позволяет не просто сделать кремний более проводящим, а задать, где и при каких условиях электрический сигнал сможет пройти. Именно этим управляемым контрастом между проводящими и запирающими областями и пользуются микросхемы.
