Показать меню

Донор (физика)

18.12.2020
50

Донор в физике твёрдого тела (см. также полупроводники) — примесь в кристаллической решётке, которая отдаёт кристаллу электрон. Вводится при ковалентном типе связи. Бывают однозарядные и многозарядные доноры. Например, в кристаллах элементов IV группы периодической системы элементов (кремнии, германии) однозарядными донорами являются элементы V группы: фосфор, мышьяк, сурьма. Так как элементы пятой группы обладают валентностью 5, то четыре электрона образуют химическую связь с четырьмя соседними атомами кремния в решётке, а пятый электрон оказывается слабо связанным (энергия связи порядка нескольких сотых электрон-вольта) и образует так называемый водородоподобный примесный центр, энергию которого просто оценить из решения уравнения Шрёдингера для атома водорода, принимая во внимание, что электрон в кристалле — квазичастица и его эффективная масса отличается от массы электрона, а также, что электрон движется не в вакууме, а в среде с некой (порядка 10) диэлектрической проницаемостью.

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 зону проводимости и участвовать в электропроводности кристалла.

Дополнительный электрон, связанный с атомом донора, образует так называемый донорный уровень в запрещенной зоне. Донорный уровень называется мелким, если его энергия (отсчитываемая от дна зоны проводимости) сравнима с характерной энергией теплового движения при комнатной температуре k b T {displaystyle k_{b}T} , где T {displaystyle T} — температура, а k B {displaystyle k_{B}} — постоянная Больцмана. Эта энергия составляет примерно 26 мэВ. Мелкими донорами могут быть не только примесные атомы, но и комплексы структурных дефектов (например т. н. термодоноры в кремнии). Многие примеси и точечные дефекты, (например золото и медь в кремнии, вакансии, являются глубокими донорами. В отличие от мелких доноров, они слабо влияют на удельное электросопротивление, но существенно снижают время жизни неравновесных 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

E d = E C − R H m e ∗ / m 0 ε 2 1 n 2 {displaystyle E_{d}=E_{C}-R_{H}{frac {m_{e}^{*}/m_{0}}{varepsilon ^{2}}}{frac {1}{n^{2}}}}

где E d {displaystyle E_{d}} — энергия донорного уровня, E C {displaystyle E_{C}} — энергия дна зоны проводимости, R H {displaystyle R_{H}} — постоянная Ридберга (примерно 13,6 эВ), m e ∗ {displaystyle m_{e}^{*}} — эффективная масса электрона, m 0 {displaystyle m_{0}} — масса свободного электрона, ε {displaystyle varepsilon } — диэлектрическая проницаемость полупроводника, а n — целое число, которое может принимать 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.

Еще по этой теме:
Серия Пашена
11:06, 18 декабрь
Серия Пашена
Серия Пашена (Серия Ритца — Пашена) — спектральная серия в спектре атома водорода, названная в честь австрийского физика Фридриха Пашена, открывшего в 1908 году эту серию, ранее предсказанную
Резерфорд (ракетный двигатель)
13:22, 16 декабрь
Резерфорд (ракетный двигатель)
«Резерфорд» (англ. Rutherford) — жидкостный ракетный двигатель американской частной аэрокосмической компании Rocket Lab. Используется на ракете-носителе «Электрон», созданной новозеландским
Фазотрон
15:12, 03 декабрь
Фазотрон
Фазотрон (от фаза + электрон), синхроциклотрон (от синхронизация + цикл + электрон) — циклический ускоритель тяжёлых заряженных частиц (протонов, дейтронов, ионов и др.), в котором магнитное поле
Словесные названия российского оружия/Э
12:34, 02 декабрь
Словесные названия российского оружия/Э
Словесные названия российского оружия А Б В Г Д Е Ё Ж З И К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я «Эвкалипт» — авиационная УКВ радиостанция Р-828 «Эврика» — авиационный наземный возимый ДВ-СВ
Ионизация атмосферы
01:00, 16 июнь
Ионизация атмосферы
Атмосфера содержит мельчайшие положительно и отрицательно заряженные частицы — ионы и благодаря их присутствию не являете» идеальным изолятором, а обладает способностью проводить электричество. Ионы
"Формально-аксиоматическое" исследование ЭПП (часть 3)
16:35, 19 октябрь
"Формально-аксиоматическое" исследование ЭПП (часть 3)
Рассмотрим кратко механизмы разрушения минералов горных пород при внутрипочвенном выветривании, или, иными словами, формирование твердофазной минеральной составляющей почвы. 1. Структура и свойства
Комментарии:
Добавить комментарий
Ваше Имя:
Ваш E-Mail:
  • bowtiesmilelaughingblushsmileyrelaxedsmirk
    heart_eyeskissing_heartkissing_closed_eyesflushedrelievedsatisfiedgrin
    winkstuck_out_tongue_winking_eyestuck_out_tongue_closed_eyesgrinningkissingstuck_out_tonguesleeping
    worriedfrowninganguishedopen_mouthgrimacingconfusedhushed
    expressionlessunamusedsweat_smilesweatdisappointed_relievedwearypensive
    disappointedconfoundedfearfulcold_sweatperseverecrysob
    joyastonishedscreamtired_faceangryragetriumph
    sleepyyummasksunglassesdizzy_faceimpsmiling_imp
    neutral_faceno_mouthinnocent