Донор (домішка)

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 $k_{b}T$, де $T$ — температура, а $k_{B}$ — 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

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

де $E_{d}$ — енергія донорного рівня, $E_{C}$ — енергія дна зони провідності, $R_{H}$ — стала Рідберга (приблизно 13,6 еВ), $m_{e}^{*}$ — ефективна маса електрона, $m_{0}$ — маса вільного електрона, $\varepsilon$ — 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