P-type halvleder beskriver en halvleder, hvor huller (manglende elektroner) er de dominerende ladningsbærere. Når en treværdig urenhed tilsættes en ellers ren halvleder som silicium eller germanium, kaldes det doping og resultatet er en p-type halvleder. Treværdige urenheder som bor, gallium (Ga), indium (In) og aluminium fungerer som såkaldte acceptorer, fordi de accepterer en elektron og efterlader et hul. De materialer, der bruges som halvledere, leder ikke elektrisk særlig godt i ren tilstand, men er heller ikke stærke isolatorer — de ligger midt imellem ledere og isolatorer.

Hvordan opstår huller og ledning i p-type halvledere?

Silicium har normalt fire elektroner i sin yderste skal og danner kovalente bindinger med nabosiliciumatomer. Når et treværdigt atom (f.eks. bor) indsættes, mangler der en elektron for at fuldende de fire bindinger. Denne manglende elektron omtales som et hul — et sted i krystalstrukturen hvor en elektron kan bevæge sig ind og dermed få indtrykket af, at en positiv ladning bevæger sig i modsat retning. I p-type materialer er disse huller majoritetsbærere, mens elektroner er minoritetsbærere.

Energiniveauer og acceptor-niveau

Doping indfører nye energiniveauer tæt på valensbåndet (kaldet acceptorniveauet). Det kræver kun lidt energi for en elektron i valensbåndet at hoppe ind i acceptorniveauet og efterlade et frit hul. Det betyder, at selv ved lave temperaturer findes der mange huller, hvilket øger materialets ledningsevne sammenlignet med udopeed (intrinsisk) silicium.

Egenskaber der er vigtige at kende

  • Majoritetsbærere: Huller (positiv ladning).
  • Minoritetbærere: Elektroner.
  • Ledning: Foregår ved bevægelse af huller i valensbåndet — under et elektrisk felt vil elektroner bevæge sig mod den positive elektrode, mens huller effektivt bevæger sig mod den negative elektrode.
  • Mobilitet: Hule-mobiliteten er normalt lavere end elektron-mobiliteten, så for samme dopingsniveau vil en n-type halvleder ofte have højere ledningsevne end en p-type.
  • Dopingsniveau: Bestemmer hvor mange huller der er — højere dopingskoncentration giver højere ledningsevne, men kan også øge støj og ændre andre egenskaber.

P- og n-type i praksis: PN-overgange og komponenter

Når et p-type materiale sættes sammen med et n-type materiale (hvor elektroner er majoritetsbærere), dannes en PN-overgang. Denne overgang er grundlaget for dioder, transistorer (f.eks. pnp- og npn-bipolare transistorer) og mange andre elektroniske komponenter. Ved PN-overgangen dannes et aflæsningslag (depletion region), som styrer strømmen afhængigt af påført spænding, og det er denne egenskab, der f.eks. tillader ensretning i dioder.

Fremstillingsmetoder og materialer

Almindelige metoder til at doppe silicium inkluderer diffusion og ionimplantation. Valget af dopant (f.eks. bor til p-type) og processen bestemmer præcisionen af dopingsprofilet, hvilket er afgørende for moderne integrerede kredsløb og CMOS-teknologi.

Anvendelser

  • Digitale og analoge integrerede kredsløb (CMOS bruger både p- og n-type)
  • Dioder og ensrettere
  • Bipolare transistorer (pnp) og felt-effekt-transistorer
  • Solceller (p- og n-dopede lag danner fotovoltaiske junctions)
  • Sensorer og strømkontroller

Praktiske bemærkninger

Det er vigtigt at bemærke, at strøm kan flyde i begge retninger i et p-type materiale afhængigt af den påførte spænding og konstruktionen af kredsløbet — det er kombinationen af p- og n-regioner (fx en PN-overgang) der giver ensretning eller envejsadfærd i komponenter. Desuden afhænger egenskaberne af temperatur: ved højere temperatur øges antal termisk genererede bærere, hvilket kan gøre et stærkt dopet materiale mindre domineret af dopingen.

Samlet set er p-type halvledere et fundamentalt byggestykke i moderne elektronik. Ved at kontrollere dopingen præcist kan man skræddersy elektriske egenskaber og bygge alt fra simple dioder til komplekse mikroprocessorer.