DonatorImpuritäten

Donatorimpuritäten, auch Donor-Impuritäten genannt, sind Fremdatome in einem Halbleiter, die als Elektronendonoren wirken und n-Typ-Doping erzeugen. In Silizium gehören zu den typischen Donatoren Phosphor, Arsen und Antimon; in anderen Halbleitern können weitere Elemente eingesetzt werden. Donatorimpuritäten ersetzen ein Silizium- oder Germanium-Atome im Kristallgitter und führen zusätzlich ein Elektron ein, das bei der Vermischung mit dem Kristall leicht freigesetzt wird.

Mechanismus und Eigenschaften: Ein Donatoratom besitzt mehr Valenzelektronen als das Wirtsatom. Das zusätzliche Elektron ist durch einen relativ kleinen Energieabstand an das Konduktionsband gebunden und wird bei Raumtemperatur in der Regel ionisiert, sodass es als frei tragende Ladung contributing. Donatorzustände liegen typischerweise nahe dem Leitungsband, wodurch sie zu einer Erhöhung der Elektronenkonzentration beitragen. Die Fermi-Ebene verschiebt sich in Richtung des Leitungsbands. Die Leitfähigkeit steigt mit der Konzentration der Donatoren, wobei bei hohen Dotierkonzentrationen weitere Effekte wie Verunreinigungsstreuung oder Ereignisse einer möglichen Impurity-Band auftreten können.

Herstellung und Charakterisierung: Donatorimpuritäten können während des Kristallwachstums in situ eingebracht werden oder nachträglich durch Diffusion oder Ionenimplantation eingeführt werden, gefolgt von Annealing zur Reparatur von Gitterfehlern. Die Dotierkonzentration Nd bestimmt maßgeblich die elektrischen Eigenschaften des Halbleiters; bei vollständiger Ionisierung gilt grob n ≈ Nd.

Anwendungen: Donatorimpuritäten sind grundlegend für n-Typ-Halbleiter, PN- oder NP-Grenzschichten, Transistoren und integrierte Schaltungen. Sie werden oft gezielt eingesetzt, um gewünschte Leitfähigkeiten und Electrical-Characteristics in elektronischen Bauelementen zu erreichen.