تزریق
علی: حالا می خواهیم درباره ی تزریق صحبت کنیم، شاید این کلمه (با معادل انگلیسی دوپینگ) شما را یاد ورزشکارانی می اندازد که از تزریق داروهای غیر مجاز نیرو زا برای موفقیت استفاده می نمایند. علی رغم این که دوپینگ در ورزش خلاف محسوب می شود، در نیمه رساناها قضیه متفاوت است. در هر دو مورد ما یک ماده خالص مثل ورزشکار یا نیمه رسانا داریم که ماده ای از خارج به آن اضافه می شود تا کارکرد آن را عوض کند.
مریم: بنابراین در فرآیند تزریق ما تعدادی از اتم های یک ماده دیگر را به یک نیمه رسانای خالص اضافه می نماییم. با این کار می توان رسانایی نیمه رسانا را تا حد خیلی زیادی افزایش داد. ما دو نوع تزریق داریم، نوع p و نوع n.
نیمه رسانای خالص تزریق نشده را نیمه رسانای ذاتی و نیمه رسانای تزریق شده را نیمه رسانای غیر ذاتی می نامند.
مریم: قبل از این که به چند نمونه از نیمه رساناهای تزریق شده نگاهی بیاندازیم، نگاهی به اتم های سیلیسیوم در سیلیسیوم خالص و نحوه ی عملکرد آن ها برای تشکیل شبکه بلوری ماده می پردازیم. در سیلیسیوم هر اتم 4 الکترون ظرفیت دارد که با 4 اتم همسایه به اشتراک گذاشته شده و پیوند دو گانه به وجود آورده است. در دماهای پایین این پیوند بسیار پایدار است، نوار ظرفیت به طور کامل پر شده و بنابراین رسانش امکان پذیر نیست. این یک نمونه ی ساختار سیلیسیومی خالص می باشد.
تزریق نوع p
مریم: زمانی اتفاق می افتد که اتم هایی که الکترون های رسانش کمتری دارند، به نیمه رسانا اضافه می شوند و در نتیجه در نوارهای بلور کمبود الکترون خواهیم داشت. در این صورت حفره های مثبتی که می توانند نقش حامل های جریان را در قالب بازی تزریق نوع p کنند، شکل می گیرند. موادی که حفره ها را به مجموعه اضافه می کنند "پذبرنده" نام دارند چون آن ها الکترون ها را از اتم های همسایه می پذیرند. در نیمه رساناهای نوع p حامل های اصلی بار حفره ها هستند، نه الکترون ها.
این یک مدل سیلیسیوم است که در آن یک اتم سیلیسیوم با یک اتم بروم جایگزین شده است. اتم بروم نسبت به سیلیسیوم در نوار ظرفیت یک الکترون کمتر دارد، که آن را به صورت یک اتم پذیرنده در آورده است. نبود الکترون باعث به وجود آمدن حفره ای می شود که می تواند توسط الکترون های اتم های مجاور پر شود. با حرکت دادن به این حفره، الکترون های در حال حرکت حفره ی جدیدی درست می کنند که آن هم به نوبه ی خودش با الکترون های دیگری پر خواهد شد.
تزریق نوع n
مریم: در تزریق نوع n شما اتمی به مجموعه می افزایید که در نوار ظرفیت اش یک الکترون اضافه دارد. این به وجود آمدن وضعیتی در شبکه می شود که در آن الکترون های اضافه هیچ جایگاهی درون بلور ندارند. در نتیجه مقدار انرژی ای که برای جهش این الکترون ها به نوار رسانش مورد نیاز است، بسیار ناچیز می باشد. اتم هایی که به مجموعه الکترون می دهند را "دهنده" می نامند. دلیل ساده اش هم این است که آن ها به نیمه رساناهای حامل اصلی جریان الکترون ها، الکترون می بخشند. در نیمه رساناهای نوع n هستند.
این یک نمونه ی سیلیسیوم است که در آن یک اتم آرسنیک جایگزین یکی از اتم های سیلیسیوم شده است. اتم آرسنیک، که یک دهنده است، الکترون های ظرفیت بیشتری نسبت به سیلیسیوم دارد. الکترون های اضافی مشارکت قوی ای در هیچ یک از نوارهای انرژی نخواهند داشت چرا که جایگاه طبیعی ای برای آن ها در داخل شبکه وجود ندارد. بنابراین، آن ها اساساً آزادند که درون بلور حرکت نمایند و در انتقال جریان درون جسم مشارکت داشته باشند.
علی: دیگر حتماً حسابی از دست من و لیوانم خسته شده اید. ولی من می خواهم به عنوان آخرین مثال هم از آن استفاده ی کوچکی کرده باشم با عنایت به این که نوع نگاه من کمی با توضیحات سالی متفاوت می باشد.
نیمه رسانای خالص
علی: در نیمه رسانای خالص در دمای پایین، لایه ظرفیت کاملا پر شده است و نوار رسانش هم خالی است. درست مشابه این که کسی تنها یکی از قسمت های لیوان من را پر کرده باشد. آب ( الکترون ها ) نمی توانند تکان بخورند چون اصلاً فضای اضافی ای وجود ندارد.
تزریق نوع p
علی: حرف مقایسه آب اتم p در تزریق نوع p نشان دهنده ی علامت "مثبت" در انگلیسی است. علت اش هم این است که درهای نیمه رسانا، اتم های اضافه شده تعداد کم تری الکترون ظرفیت داشتند. در نیمه رسانای تزریق شده نوار رسانش بالایی نوع p خالی است و حفره هایی در نوار ظرفیت وجود دارد.
در لیوان، معادل این است که ما کمی آب را از قسمت مربوط به رسانش بیرون ببریم. به عبارت دیگر، حفره های هوا ( حفره های مثبت ) در این قسمت ایجاد می نماییم. حالا اگر لیوان را کج کنیم، فضای کافی برای آب ( الکترون ) وجود دارد تا در یک جهت حرکت کند و برای حفره های ایجاد شده ( کمبود الکترون ها ) که در جهت مخالف حرکت نماید. ( همان طور که حباب های هوا عمل می نمایند. )
تزریق نوع n
علی: n در تزریق نوع n نشان دهنده ی "منفی" است. علت اش هم این است که در مقایسه با اتم های نیمه رسانا، این اتم ها تعداد بیشتری الکترون ظرفیت دارند. در نیمه رسانای جفت شده نوع n نوار ظرفیت پر است پس جایی برای جابه جا شدن الکترون ها باقی نمی ماند. در عوض این الکترون های اضافه به نوار رسانش منتقل می شوند.
در لیوان ما، می بینیم که هیچ آبی در قسمت ظرفیت جابه جا نمی شود. در عوض آب اضافه (الکترون ها) به قسمت رسانش منتقل می شوند.
