Hvorfor doper man ikke silicium med gruppe II/VI grundstoffer?

Jeg er ikke helt sikker på, om atomer fra gruppe II eller VI vil erstatte Si-atomer i krystalgitteret. Det er en betingelse for, at de kan bruges.

Hvis de kommer ind som erstatning for Si-atomer, vil de give problemer med den større ladning. Et atom fra gruppe VI vil blive til en divalent ion og dermed have større tilbøjelighed til at holde fast på de løse elektroner, så de ikke er sså frie som i en krystal med et atom fra gruppe V.

Der er dog én grund, jeg kan give. Det er meget simpelt at dope med P i Si, hvis man har adgang til en neutronkilde. Man sætter den rene siliciumkrystal ind i et område med neutronstråling. Nogle af neutronerne trænger ind i siliciumkerner og ændrer dem dermed til radioaktive kerner, der henfalde ved udsendelse af β^- stråling og omdannes til P. Fordelen er,at det er en meget lille del af neutronerne, der deltager i processen, så strålingstætheden er næsten konstant i hele krystallen. Derfor bliver koncentrationen af P.

#1 Takker for svar. Hvilke grunde kunne der være til, at atomer fra gruppe II eller VI ikke ville kunne erstatte Si-atomerne? 

Til sidste del: Interessant. Men fosfor ligger jo også i hovedgruppe V og ikke VI, så hvad har det med det oprindelige spørgsmål at gøre? 

Lige et ekstra sidespørgsmål nu vi er ved fosfor. Hvorfor er det egentlig, at fosfor-atomet ikke bare beholder sine sidste to elektroner (så den ikke har en overskydende elektron) i stedet for at danne endnu en kovalent binding med et Si-atom? Er det fordi Si-atomet ligger for tæt i nærheden og har større tiltrækningskraft - hvilket jeg ikke helt synes giver mening, for P har jo større elektronegativitet end Si har?

Beklager hvis jeg skulle have placeret emnet i kemi i stedet.

Emnet ligger på grænsen mellem fysik og kemi. Jeg vil mene mest i fysik.

Om fosfor: Pointen er, at det er enkelt at dope jævnt med fosfor, mens det er meget vanskligere at dope jævnt med noget som helst andet, derfor også stoffer i gruppe II og VI.

Det sidste spørgsmål er noget mere kompliceret. Hvis fosforatomet kun havde tre bindinger, ville det samme være tilfældet for et siliciumatom. Det ville så have en elektron, der ikke er parret sammen med en anden. (Det er den simple forklaring. Den mere korrekte kræver kvantemekanik benyttet på elektronerne i krystalstrukturer, hvilket vil sige faststoffysik. Det var i min tid en del af anden del på fysikstudiet.)

Hmm mener du så også, at det er nemmere at dope med fosfor end nitrogen eksempelvis?

Jeg forstår ikke helt hvad du mener med, at siliciumatomet kun ville have tre bindinger, hvis fosforatomet havde. Vil siliciumatomet ikke altid stræbe efter fire bindinger for at opfylde oktetreglen? Jeg tænkte, at fosfor så ville danne tre bindinger med tre silicium-atomer, som så ville danne yderligere tre bindinger med nogle andre silicium-atomer (eller nærtliggende fosforatomer)?

Fosforatomet fremkommer ved en radioaktiv proces, der foregår inde i krystallen, og som frembringes ved stråling med neutroner, der meget let kommer ind til midten af krystallen. Fosfor er det eneste stof, der kan dannes på denne måde i rimelige mængder.

Krystallen består oprindelig af siliciumatomer, der har 4 bindinger til de 4 nærmeste naboer. Når et siliciumatom omdannes til et fosforatom, sidder det på en plads med 4 siliiumatomer som nærmeste naboer. Der er faktisk allerede etableret bindinger til disse naboer. Når omdannelsen er sket, er det de samme elektroner, der udfylder de otte pladser i fosfor, mens den ekstra elektron (deer kan være den, kernen udsendte) "flyder" rundt i krystallen.

Hmm interessant. Jeg læste lidt om det her: https://en.wikipedia.org/wiki/Doping_(semiconductor)#Silicon_dopants

Men jeg er faldet over denne tråd: http://chemistry.stackexchange.com/questions/579/choice-of-doping-elements-in-semiconductors

Jeg prøvede at se på elektronegativitetsforskellen mellem henholdsvis Si og P (en forskel på 0.29) og Si og S (en forskel på 0.68). Det vil vel sige, at der er en polær kovalent binding mellem Si og S men en upolær binding mellem Si og P. Så passer det ikke også med det, der bliver svaret i tråden? At bindingerne mellem eksempelvis Si og S er stærkere og at det (formentlig?) forstyrrer "flowet" af elektroner? 

Når du ser på elektronegativiteten, ser du på samspillet mellem to og kun to atomer. I krystallen har naboatomerne stor indflydelse på samspillet mellem atomerne. De ydre elektronskaller deformeres og smelter sammen, så de udfylder hele krystallen. I stedet for den skal, hvor valenselektronerne er, bliver der en samling tætliggende energiniveauer, der tilsammen danner et energibånd.

Det antal elektroner, der er plads til i båndet er præcis det antal elektroner, der er i den rene siliciumkrystal. Når man tilføjer et fosforatom, vil de fire af valenselektronerne deltage i denne deling, mens den femte bliver anbragt i et højereliggende bånd.

Hmm ja, det forstår jeg godt. Men jeg føler stadig ikke rigtigt, at jeg er kommet nærmere et svar på mit oprindelige spørgsmål så. Men tak for hjælpen ellers.