Semi-conducteurs de type n
Un semi-conducteur extrinsèque qui a été dopé avec des atomes donneurs d’électrons est appelé semi-conducteur de type n, car la majorité des porteurs de charge dans le cristal sont des électrons négatifs. Le silicium étant un élément tétravalent, la structure cristalline normale contient 4 liaisons covalentes de quatre électrons de valence. Dans le silicium, les dopants les plus courants sont les éléments du groupe III et du groupe V. Les éléments du groupe V (pentavalent) ont cinq électrons de valence, ce qui leur permet d’agir comme donneur. Cela signifie que l’ajout de ces impuretés pentavalentes telles que l’arsenic, l’antimoine ou le phosphore contribue aux électrons libres, augmentant considérablement la conductivité du semi-conducteur intrinsèque. Par exemple, un cristal de silicium dopé au bore (groupe III) crée un semi-conducteur de type p tandis qu’un cristal dopé au phosphore (groupe V) donne un semi-conducteur de type n.
Les électrons de conduction sont complètement dominés par le nombre d’ électrons donneurs . Donc:
Le nombre total d’électrons de conduction est approximativement égale au nombre de sites donneurs, n≈N D .
La neutralité de charge du matériau semi-conducteur est maintenue car les sites donneurs excités équilibrent les électrons de conduction. Le résultat net est que le nombre d’électrons de conduction est augmenté, tandis que le nombre de trous est réduit. Le déséquilibre de la concentration de porteurs dans les bandes respectives est exprimé par le nombre absolu différent d’électrons et de trous. Les électrons sont des porteurs majoritaires, tandis que les trous sont des porteurs minoritaires dans un matériau de type n.
Niveau des donateurs
Du point de vue de l’ intervalle d’énergie , ces impuretés «créent» des niveaux d’énergie dans l’intervalle de bande proche de la bande de conduction de sorte que les électrons peuvent être facilement excités de ces niveaux dans la bande de conduction. Les électrons seraient les « porteurs majoritaires » du flux de courant dans un semi-conducteur de type n. Cela déplace le niveau de Fermi effectifà un point à mi-chemin entre les niveaux des donneurs et la bande de conduction. Le niveau de Fermi est le terme utilisé pour décrire le sommet de la collection de niveaux d’énergie électronique à une température zéro absolue. Le niveau de Fermi est la surface de la mer de Fermi au zéro absolu où aucun électron n’aura suffisamment d’énergie pour s’élever au-dessus de la surface. Dans les semi-conducteurs purs, la position du niveau de Fermi est dans la bande interdite, approximativement au milieu de la bande interdite.
