Донор (физика): различия между версиями
[отпатрулированная версия] | [отпатрулированная версия] |
м r2.7.1) (робот добавил: sr:Donor elektrona |
Ququ (обсуждение | вклад) →См. также: интервики |
||
Строка 21: | Строка 21: | ||
[[Категория:Физика твёрдого тела]] |
[[Категория:Физика твёрдого тела]] |
||
[[Категория:Физика полупроводников]] |
[[Категория:Физика полупроводников]] |
||
[[ar:مانح]] |
|||
[[fa:دهنده (نیمهرسانا)]] |
|||
[[be:Донар, хімія]] |
|||
[[en:Donor (semiconductors)]] |
|||
[[ca:Donador d'electrons]] |
|||
[[ |
[[id:Kotoran donor]] |
||
[[ |
[[sl:Donor]] |
||
[[ |
[[zh:施主 (半导体)]] |
||
[[it:Donatore di elettroni]] |
|||
[[kk:Донор]] |
|||
[[pl:Donor]] |
|||
[[sr:Donor elektrona]] |
|||
[[uk:Донор електрона]] |
Версия от 09:28, 21 октября 2012
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 , где - температура, а - 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
где - энергия донорного уровня, - энергия дна зоны проводимости, - постоянная Ридберга (примерно 13,6 эВ), - эффективная масса электрона, - масса свободного электрона, - 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.
См. также
Для улучшения этой статьи желательно:
|