Донор (домішка)

У Вікіпедії є статті про інші значення цього терміна: Донор.

Донором у фізиці напівпровідників та напівпровідниковій техніці, називають домішку, яка утворює негативно заряджений локалізований стан із енергією у забороненій зоні, тобто і може віддати електрон у зону провідності. Зазвичай це хімічний елемент, що додається до напівпроводника у невеликій кількості, утворюючи так званий «напівпроводник n-типу».

Схематичне зображення кремнію із донорною домішкою фосфору

Донор зазвичай є атомом хімічного елемента, який має надлишок валентних електронів порівняно з напівпровідником, до якого додається. Атом донора утримує зайвий електрон слабо, й при скінченній температурі цей електрон може перейти до зони провідності, делокалізуватися й вносити вклад у електричний струм.

Додатковий електрон, зв'язаний із атомом донора, утворює так званий донорний рівень у забороненій зоні. Донорний рівень називається мілким, якщо його енергія (відрахована від дна зони провідності) порівняння із характерною енергією теплового руху при кімнатній температурі ${\displaystyle k_{b}T}$, де ${\displaystyle T}$ — температура, а ${\displaystyle k_{B}}$ — стала Больцмана. Ця енергія становить приблизно 26 меВ.

Зайвий електрон притягається кулонівською силою до іона донора, який має надлишковий позитивний заряд в порівнянні з іонами основного провідника. Внаслідок такого притягання донорні рівні утворюють воднеподібну серію із енергіями, які можна обрахувати за формулою

${\displaystyle E_{d}=E_{C}-R_{H}{\frac {m_{e}^{*}/m_{0}}{\varepsilon ^{2}}}{\frac {1}{n^{2}}}}$

де ${\displaystyle E_{d}}$ — енергія донорного рівня, ${\displaystyle E_{C}}$ — енергія дна зони провідності, ${\displaystyle R_{H}}$ — стала Рідберга (приблизно 13,6 еВ), ${\displaystyle m_{e}^{*}}$ — ефективна маса електрона, ${\displaystyle m_{0}}$ — маса вільного електрона, ${\displaystyle \varepsilon }$ — діелектрична проникність напівпровідника, а n — ціле число, яке може пробігати значення від одиниці до нескінченості, але практично важливі лише кілька найнижчих рівнів із малими n.

Завдяки тій обставині, що ефективні маси електронів напівпровідниках малі, а діелектричні проникності доволі великі (порядка 10), енергія донорних рівнів мала, а радіуси локалізації відповідних хвильових функцій доволі великі, простягаючись на кілька періодів кристалічної ґратки.

Див. також

• Акцептор (домішка)
• Домішковий рівень