Допант - Dopant

А присадка, также называемый допинговый агент, представляет собой след примесного элемента, который вводится в химический материал для изменения его первоначального электрические или же оптический характеристики. Количество допанта, необходимое для того, чтобы вызвать изменения, обычно очень мало. При добавлении в кристаллический вещества, атомы допанта включаются в его кристаллическую решетку. Кристаллические материалы часто представляют собой кристаллы полупроводник Такие как кремний и германий для использования в твердотельная электроника, или же прозрачный кристаллы для использования в производстве различных лазер типы; однако в некоторых случаях последнего некристаллические вещества, такие как стекло также могут быть легированы примесями.

В твердотельной электронике использование правильных типов и количества примесей в полупроводниках - вот что дает полупроводники p-типа и полупроводники n-типа которые необходимы для создания транзисторы и диоды.

Прозрачные кристаллы

Лазерные СМИ

Процедура легирования малых количеств металлов хром (Cr), неодим (Nd), эрбий (Er), тулий (Тм), иттербий (Yb) и некоторые другие в прозрачные кристаллы, керамика, или же очки используется для производства активная среда за твердотельные лазеры. Именно в электронах примесных атомов происходит инверсия населения могут быть произведены, и эта инверсия населенностей важна для стимулированное излучение фотонов в работе все лазеры.

В случае естественного Рубин, произошло то, что крошечное количество примеси хрома было естественным образом распределено через кристалл оксид алюминия (корунд ). Этот хром придает рубину красный цвет, а также позволяет рубину претерпевать инверсию заселенностей и действовать как лазер. Атомы алюминия и кислорода в прозрачном кристалле оксида алюминия служат просто для поддержки атомов хрома в хорошем пространственном распределении, и в остальном они не имеют ничего общего с действием лазера.

В других случаях, например, в неодимовый YAG-лазер, кристалл сделан синтетически и не встречается в природе. Рукотворный иттрий-алюминиевый гранат кристалл содержит в себе миллионы атомов иттрия, и благодаря своему физическому размеру, химической валентности и т. д. он хорошо работает, чтобы заменить небольшое меньшинство атомов иттрия в своей решетке и заменить их атомами из редкоземельный ряд элементов, таких как неодим. Затем эти легирующие атомы фактически осуществляют процесс генерации в кристалле. Остальные атомы в кристалле состоят из атомов иттрия, алюминия и кислорода, но, как и выше, эти три других элемента просто поддерживают атомы неодима. Кроме того, в качестве легирующей добавки можно легко использовать редкоземельный элемент эрбий, а не неодим, что дает другую длину волны его выхода.

Во многих оптически прозрачный хозяева, такие активные центры могут сохранять свое возбуждение в течение времени порядка миллисекунд и расслабляться с стимулированное излучение, обеспечивающий лазерное воздействие. Количество допанта обычно измеряется в атомный процент. Обычно в расчетах принимается относительный атомный процент с учетом того, что ион легирующей примеси может замещать только часть узла в кристаллической решетке. Легирование также можно использовать для изменения показатель преломления в оптические волокна, особенно в волокна с двойной оболочкой. Оптические легирующие примеси характеризуются временем жизни возбуждения и эффективными сечениями поглощения и испускания, которые являются основными параметрами активной легирующей примеси. Обычно концентрация оптической примеси составляет порядка нескольких процентов или даже ниже. При большой плотности возбуждения кооперативное тушение (кросс-релаксация) снижает эффективность лазерного воздействия.

Примеры

В медицине есть применение эрбий -допированные лазерные кристаллы для лазерные скальпели которые используются в лазерная хирургия. Европий, неодим, а другие редкоземельные элементы используются для легирования очки для лазеров. Гольмий -допированный и неодим иттрий-алюминиевый гранат (АИГ) используется в качестве активная лазерная среда в некоторых лазерных скальпелях.^[1]

Люминофоры и сцинтилляторы

В контексте люминофор и сцинтилляторы, допанты более известны как активаторы, и используются для усиления процесса люминесценции.^[2]

Полупроводники

Добавление легирующей примеси к полупроводник, известный как допинг, имеет эффект сдвига Уровни Ферми внутри материала.^{[нужна цитата ]} В результате получается материал с преимущественно отрицательным (n-тип ) или положительный (р-тип ) носители заряда в зависимости от разновидности допанта. Чистые полупроводники, измененные присутствием примесей, известны как внешние полупроводники (видеть собственный полупроводник ). Легирующие добавки вводятся в полупроводники различными способами: твердые источники, газы, спин на жидкости и ионная имплантация. Видеть ионная имплантация, поверхность распространение, и сноска из твердых источников.

Другие

Цвет некоторых драгоценные камни вызвано легирующими добавками. Например, рубин и сапфир оба являются оксидом алюминия, первый приобретает красный цвет из-за атомов хрома, а второй легирован любым из нескольких элементов, давая множество цветов.

Смотрите также

Список полупроводниковых материалов