Донор (физика): различия между версиями

4012 байт добавлено ,  12 лет назад
Добавление из украинской версии
м
(Добавление из украинской версии)
{{другие значения|Донор}}
'''Донор''' — в [[физика твёрдого тела|физике твёрдого тела]] (см. также [[полупроводник]]и) примесь в [[кристаллическая решётке|кристаллической решётке]], которая отдаёт кристаллу [[электрон]]. Вводится при [[ковалентная связь|ковалентном]] типе связи. Бывают [[однозарядные доноры|однозарядные]] и [[многозарядные доноры|многозарядные]]. Например, в кристаллах из элементов IV группы [[периодическая система элементов|периодической системы элементов]] [[кремний|кремнии]], [[германий|германии]], донорами являются элементы V группы: [[фосфор]], [[мышьяк]], [[сурьма]]. Так как элементы пятой группы обладают [[валентность]]ю 5, то четыре электрона образуют [[химическая связь|химическую связь]] с четырьмя соседними атомами кремния в решётке, а пятый электрон оказывается слабо связан (энергия связи порядка нескольких миллиэлектрон-вольт) и образует так называемый [[водородоподобный примесный центр]], энергию, которого просто оценить из решения [[уравнение Шрёдингера|уравнения Шрёдингера]] для [[атом]]а [[водород]]а, принимая во внимание, что электрон в кристалле — [[квазичастица]] и по массе отличается от массы покоя электрона, а также, что электрон движется не в вакууме, а в среде с некой [[диэлектрическая проницаемость|диэлектрической проницаемостью]].
[[Image:N-doped Si.svg|thumb|Схематическое изображение [[кремний|кремния]] с донорной примесью [[фосфор]]а]]
 
Донор электронов - вещество, которое добавляется к полупроводник и отдает один или несколько электронов полупроводнику, создавая избыток электронов - и формирует, так называемый, [[полупроводник n-типа]].
 
Донор электрона, или просто донор является примесью, имеющее избыток валентных электронов по сравнению с полупроводником, к которому она прилагается. Атом донора удерживает лишний электрон слабо, и при достаточной температуре этот электронн может перейти в [[зона проводимости|зону проводимости]], делокалироваться и вносить вклад в электрический ток.
 
Дополнительный электрон, связанный с атомом донора образует так называемый ''донорный уровень'' в [[запрещенная зона|запрещенной зоне]]. Донорный уровень называется мелким, если его энергия (отсчитываемая от[[дно зоны проводимости|дна зоны проводимости]]) сравненма с характерной энергией теплового движения при комнатной температуре <math>k_bT</math>, где <math>T</math> - температура, а <math> k_B </math> - [[постоянная Больцмана]]. Эта энергия составляет примерно 26 м[[эВ]].
 
Лишний электронн притягивается кулоновским силой к иону донора, который имеет избыточный положительный заряд по сравнению с ионами полупроводника. Вследствие такого притяжения донорные уровни образуют водородоподобную серию с энергиями, которые можно рассчитать по формуле
:<math> E_d = E_C - R_H \frac{m_e ^ * / m_0}{\varepsilon ^ 2} \frac{1}{n^2} </math>
 
где <math> E_d </math> - энергия донорного уровня, <math> E_C </math> - энергия дна зоны проводимости, <math> R_H </math> - постоянная Ридберга (примерно 13,6 эВ), <math> m_e^{*} </math> - [[эффективная масса]] электрона, <math> m_0 </math> - масса свободного электрона, <math> \varepsilon </math> - диэлектрическая проницаемость полупроводника, а ''n'' - целое число, которое может проегать значения от единицы до бесконечности, но практически важны лишь несколько самых низких уровней с малыми ''n''.
 
Благодаря тому обстоятельству, что эффективные массы электронов в полупроводниках малы, а диэлектрические проницаемости довольно большие (порядка 10), энергия донорных уровней мала, а радиусы локализации соответствующих волновых функций довольно большие ~10
нм, распространяются на несколько периодов кристаллической решетки.
 
[[Категория:Физика твёрдого тела]]