Elektronendonor

Elektronendonor är en typ av förorening i ett halvledarsystem som har fler valenselektroner än värdmaterialet. När ett donatoratomer ersätter ett värde i kristallgittret, ger den extra valenselektronen oftast upphov till ledningsbärare när den övergår till konduktionsbandet. Donatorn blir därmed positivt laddad efter att elektronen fritt kan transporteras i materialet. Denna process leder till n‑typ ledning.

Donatornivån är en lokal energinivå som ligger nära konduktionsbandet. Elektronerna binder till donatorn i låga temperaturer men kan termiskt excitationeras till konduktionsbandet. Energiåtgången för att ionisera donatorn ligger i området tiotalet millielectronvolt, vilket innebär att vid ökade temperaturer blir fler donatorer joniserade och bidrar till fria elektroner.

Vanliga elektronendonorer används i kisel och andra halvledare. I kisel är grupp-V‑atomer som fosfor (P), arsenik (As) och antimon (Sb) typiska exempel. I praktiken skapas n‑typ halvledare genom tillsats av sådana donatorer under tillverkning. Donatorer kan även förekomma i germanium och i vissa III–V‑ och andra halvledare, där deras nivåer och effekt kan variera beroende på värdmaterialets bandstruktur.

Dopingmedel kan introduceras genom diffusion, jonimplantation eller in‑situ dopning vid kristalltillväxt. Koncentrationerna av elektronendonorer sträcker sig över flera storleksordningar och påverkar materialets resistivitet och elektroniska egenskaper. Donatorer kan motverkas av acceptorrester om jäsningens balans ändras, vilket minskar antalet fria elektroner och kan ge upphov till kompensation.

Elektronendonorer används i stor utsträckning för att uppnå n‑typ ledning i en mängd elektroniska enheter, inklusive transistorer, dioder och solceller. Deras val av ämne och koncentration styr materialets ledningsförmåga och prestanda i olika applikationer.