Донор (физика): различия между версиями

89 байт добавлено ,  10 лет назад
Нет описания правки
{{другие значения|Донор}}
'''Донор''' в [[физика твёрдого тела|физике твёрдого тела]] (см. также [[полупроводник]]и) -- примесь в [[кристаллическая решёткерешётка|кристаллической решётке]], которая отдаёт кристаллу [[электрон]]. Вводится при [[ковалентная связь|ковалентном]] типе связи. Бывают [[однозарядные доноры|однозарядные]] и [[многозарядные доноры|многозарядные]] доноры. Например, в кристаллах элементов IV группы [[периодическая система элементов|периодической системы элементов]] ([[кремний|кремнии]], [[германий|германии]]) однозарядными 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 связансвязанным (энергия связи порядка нескольких миллиэлектронсотых электрон-вольтвольта) 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 поего массе[[эффективная масса]] отличается от [[масса покоя|массы покоя]] электрона, а также, что электрон движется не в вакууме[[вакуум]]е, а в среде с некой (порядка 10) [[диэлектрическая проницаемость|диэлектрической проницаемостью]].
[[Image:N-doped Si.svg|thumb|Схематическое изображение [[кремний|кремния]] с донорной примесью [[фосфор]]а]]
 
Атомы донорных примесей, которые вводятся в полупроводник и отдают ему один или несколько электронов, создают избыток электронов и формируют так называемый [[полупроводник n-типа]]. Атом донора удерживает лишний электрон слабо, и при достаточной температуре этот электрон может перейти в [[зона проводимости|зону проводимости]] и участвовать в электропроводности кристалла.
 
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]]) сравнима 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]]. Мелкими донорами могут быть не только примесные атомы, но и комплексы структурных дефектов (например т.н. [[термодонор]]ы в [[кремний|кремнии]]). Многие [[примесь|примеси]] и [[точечный дефект|точечные дефекты]], (например [[золото]] и [[медь]] в [[кремний|кремнии]], [[вакансия|вакансии]], являются глубокими донорами. В отличие от мелких доноров, они слабо влияют на [[удельное электросопротивление]], но существенно снижают [[время жизни]] [[неравновесный|неравновесных]] [[носитель заряда|носителей заряда]].
Лишний электрон притягивается кулоновской силой к иону донора, который имеет избыточный положительный заряд по сравнению с атомами 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>