En física de semiconductores, un donante es un átomo dopante (impureza) que, cuando se agrega a un semiconductor, puede formar un semiconductor de tipo n . El proceso de agregar impurezas controladas a un semiconductor se conoce como dopaje de semiconductores . Este proceso cambia un semiconductor intrínseco a un semiconductor extrínseco . Para ambos tipos de átomos donantes o aceptores, el aumento de la densidad del dopante aumenta la conductividad.
semiconductores de tipo n
Un semiconductor extrínseco que ha sido dopado con átomos donadores de electrones se llama semiconductor de tipo n, porque la mayoría de los portadores de carga en el cristal son electrones negativos. Como el silicio es un elemento tetravalente, la estructura cristalina normal contiene 4 enlaces covalentes de cuatro electrones de valencia. En el silicio, los dopantes más comunes son los elementos del grupo III y del grupo V. Los elementos del grupo V (pentavalente) tienen cinco electrones de valencia, lo que les permite actuar como donantes. Eso significa que la adición de estas impurezas pentavalentes como el arsénico, el antimonio o el fósforo contribuye a la formación de electrones libres, lo que aumenta en gran medida la conductividad del semiconductor intrínseco. Por ejemplo, un cristal de silicio dopado con boro (grupo III) crea un semiconductor de tipo p, mientras que un cristal dopado con fósforo (grupo V) da como resultado un semiconductor de tipo n.
Los electrones de conducción están completamente dominados por la cantidad de electrones donadores . Por lo tanto:
El número total de electrones de conducción es aproximadamente igual al número de sitios donantes, n≈N D .
La neutralidad de carga del material semiconductor se mantiene porque los sitios donantes excitados equilibran los electrones de conducción. El resultado neto es que el número de electrones de conducción aumenta, mientras que el número de agujeros se reduce. El desequilibrio de la concentración de portadores en las bandas respectivas se expresa por el número absoluto diferente de electrones y agujeros. Los electrones son portadores mayoritarios, mientras que los agujeros son portadores minoritarios en material de tipo n.
Nivel de donante
Desde el punto de vista de la brecha de energía , tales impurezas «crean» niveles de energía en la brecha de banda cerca de la banda de conducción para que los electrones puedan ser excitados fácilmente desde estos niveles hacia la banda de conducción. Se dice que los electrones son los » portadores mayoritarios » para el flujo de corriente en un semiconductor de tipo n. Esto cambia el nivel efectivo de Fermihasta un punto a medio camino entre los niveles de donantes y la banda de conducción. Nivel de Fermi es el término utilizado para describir la parte superior de la colección de niveles de energía electrónica a temperatura cero absoluta. El nivel de Fermi es la superficie del mar de Fermi en cero absoluto donde ningún electrón tendrá suficiente energía para elevarse por encima de la superficie. En semiconductores puros, la posición del nivel de Fermi está dentro del intervalo de banda, aproximadamente en el medio del intervalo de banda.
