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Dotierung,

 

die gezielte Verunreinigung eines Halbleiters mit Substanzen, die dessen Leitfähigkeit verändern. Dotiert werden sowohl die Schichten einzelner Halbleiterbausteine (Transistoren etc.) als auch die Siliziumplatten (Wafer) bei der Herstellung von Chips.

 

Beim Dotieren genügen bereits geringste Mengen von Fremdatomen (etwa 1 : 1 000 000). Je nach Art der verwendeten Atome unterscheidet man die p- und die n-Dotierung:

 

- p-Dotierung: Die in den Halbleiterkristall eingebrachten Atome sind Akzeptoren, d. h., sie weisen weniger Außenelektronen auf als die Atome des Halbleiterkristalls. Daher bieten sie nach dem Einbau in das Kristallgitter Anlaufstellen für freie Elektronen, sog. Löcher, über die der Ladungstransport erfolgen kann (sog. Löcherleitung). Häufig verwendete Akzeptoren für das typische Halbleitermaterial Silizium sind die Elemente Bor, Gallium und Indium.

 

- n-Dotierung: Die eingebrachten Atome sind Donatoren, d. h. sie enthalten mehr Außenelektronen als für den Einbau in den Halbleiterkristall nötig. Daher erhöhen sie die Zahl der zum Ladungstransport dienenden freien Elektronen. Häufig benutzte Donatoren sind Phosphor, Arsen und Antimon.

 

Durch Kopplung unterschiedlich dotierter Bereiche erhält man p-n-Übergänge, welche die Grundelemente für Dioden, Transistoren etc. bilden.

Dotierung

 

[zu lateinisch dotare »ausstatten«] die, -/-en,  

 1) allgemein: Entgelt, Gehalt, besonders für eine gehobene berufliche Tätigkeit.

 

 2) Halbleitertechnik: Dotieren, die kontrollierte Zugabe von Fremdatomen zu reinem Halbleitermaterial, um Zonen verschiedener Leitfähigkeit zu erzeugen, die z. B. für das Funktionieren von Halbleiterbauelementen (v. a. Dioden, Transistoren und integrierten Schaltungen) wesentlich sind. Je nach Art der verwendeten Fremdatome wird zwischen p-Dotierung (Dotierung mit Akzeptoren) und n-Dotierung (Dotierung mit Donatoren) unterschieden. Der gezielte Einbau der Fremdatome ist bereits während der Kristallzüchtung möglich, indem der Dotierstoff (Dotant) dem Ausgangsmaterial zugesetzt wird. Während beim Züchten der Kristalle aus der Schmelze nur relativ grobe Strukturen mit großen Fertigungstoleranzen hergestellt werden können, lassen sich mittels Epitaxie extrem dünne Schichten erzeugen, bei denen die Konzentration der Fremdatome in Abhängigkeit vom Ort (Dotierungsprofil) über den Bereich von wenigen Atomlagen kontrolliert verändert werden kann.

 

In der Praxis werden die gewünschten Dotierungsprofile meist nachträglich in dem fertigen hochreinen Einkristall (bei der Herstellung von Chips der Waferkristall) erzeugt. Das Standardverfahren ist die Diffusionstechnik, bei der der Kristall in einem elektrisch beheizten Quarzrohr bei Temperaturen von etwa 1 200 ºC für Silicium oder 800 ºC für Germanium mit dem gasförmig vorliegenden Dotanten in Kontakt gebracht oder dieser im CVD-Verfahren (CVD: Abkürzung von englisch chemical vapour deposition, »Abscheidung dünner Schichten aus der Gasphase«) aufgebracht wird. Die durch die Kristalloberfläche, auf die das gewünschte Schaltungsmuster oder Dotierungsprofil mithilfe der Lithographie aufgeprägt worden ist, diffundierenden Fremdatome bilden wenige Mikrometer unterhalb der Kristalloberfläche den p-n-Übergang.

 

Andere Dotierungsverfahren, mit denen große Fortschritte beim Bau von Hochleistungshalbleiterbauelementen erzielt wurden, sind die Ionenimplantation, bei der mit dem Strahl eines Ionenbeschleunigers die gewünschten Atome in den Kristall hineingeschossen werden, wobei sich Tiefe, Art und Konzentration der Dotierung sehr genau kontrollieren lassen, ohne dass der Kristall hoch erhitzt werden muss, und die Neutronenaktivierungsdotierung, die eine bisher nicht erreichte Homogenität und Genauigkeit hinsichtlich der Dotierung von Silicium mit Phosphor durch Bestrahlen der Si-Einkristalle mit thermischen Neutronen in einem Reaktor erzielt; dabei gehen die stabilen Isotope ²⁹Si und ³⁰Si durch Kernumwandlung zunächst in das radioaktive Isotop ³¹Si über, das sich durch Betazerfall in das stabile Phosphorisotop ³¹P umwandelt.

 

 3) Pferdesport: Ausstattung der Rennen mit Geldpreisen durch die Rennvereine. Der Siegespreis muss mindestens die Hälfte des gesamten Rennpreises (der Dotierung) betragen. Auch in anderen Sportarten üblicher Begriff für die Börse (Boxen) oder das Preisgeld.