Якщо в чистий напівпровідник кремнію(Si) ввести п’яти валентну домішку фосфору(Р) , то чотири валентні електрони відновлюють ковалентні зв’язки, а п’ятий електрон стає «зайвим» і не може бути задіяним у системі ковалентних зв’язків (рис.5).
а) б)
Рис.6. Площинна кристалічна гратка домішкового напівпровідника n-типу (а) та його енергетичні діаграма (б)
Так, при кімнатній температурі теплової енергії електронів достатньо, щоб вони змогли вивільнитися від зв’язків з атомами і перетворитись на вільні електрони. Це еквівалентно перескакуванню електрона з донорного енергетичного рівня фосфору в забороненій зоні в зону провідності. Атоми фосфору в кристалічній гратці перетворюються на позитивно заряджені йони (рис.6.б). На відміну від рухливих дірок йонізовані атоми не можуть переміщуватися у кристалічній гратці. Заряд всього кристалу залишається нейтральним, так як на невеликій відстані від позитивно зарядженого йона знаходиться електрон.
Так як атоми домішок такого типу є джерелом вільних електронів, то їх називають донорами. Домішки, які здатні віддавати електрони в зону провідності називають донорними домішками.
Крім вільних електронів, одержаних від донорних домішок, існує деяка кількість розірваних ковалентних зв’язків, кожен з яких дає вільний електрон та дірку. Таким чином, є обидва типи рухомих носіїв заряду, але тепер кількість вільних електронів перевищує кількість дірок.
Позначимо концентрацію донорної домішки через ND. При кімнатній температурі майже всі атоми домішки йонізовані. Як відомо, йонізується і деякі частка атомів основної речовини ni . Отже, концентрація електронів провідності у напівпровіднику з домішкою
,
тобто вона значно більша, ніж у власного напівпровідника. Як правило, концентрація донорної домішки , тому . Швидкість рекомбінації у домішковому напівпровіднику з врахуванням (3)
, (16)
а швидкість генерації при малих концентраціях домішок залишається такою, як у власному напівпровіднику (4). За динамічної рівноваги, коли Vген=Vрек
(17)
Звідси рівноважна концентрація дірок у донорному домішковому напівпровіднику
, (18)
тобто вона значно нижча, ніж у бездомішковому напівпровіднику.
Напівпровідник із донорною домішкою називається напівпровідником n-типу(negative – від’ємний) або напівпровідником з електронною провідністю.
У такому напівпровіднику дірки називають неосновними носіямизарядів, а електрони, що складають переважну кількість рухомих носіїв, - основними носіями зарядів.
Для напівпровідників n-типу визначальною буде електронна складова провідності