E3 Doping: Doadores e Aceitadores

Tópico

Uma impureza doadora introduzida na rede cristalina deste material semicondutor libera um elétron para a banda de condução do material, de acordo com uma energia de ionização descrita por um modelo hidrogenoide. Este elétron adicional está ligado à impureza de forma muito mais fraca do que um elétron de valência comum, segundo o mesmo modelo hidrogenoide. Neste modelo, o elétron adicional orbita a impureza doadora como orbitaria um núcleo de hidrogênio, mas dentro do material semicondutor em vez de no vácuo. Portanto, a energia de ionização necessária para liberar o elétron para a banda de condução é muito menor do que a energia de banda proibida do material semicondutor. Como a energia de ionização desta impureza doadora é menor, uma fração maior dessas impurezas doadoras, à mesma temperatura do material semicondutor, liberará, consequentemente, seu elétron adicional para a banda de condução.

A concentração dessas impurezas doadoras já ionizadas, juntamente com a concentração de quaisquer impurezas aceptoras já ionizadas também presentes nessa rede cristalina, deve, em conjunto com a concentração de elétrons e lacunas livres nesse material semicondutor, manter a neutralidade de carga de todo o material. Cada impureza doadora já ionizada, após doar seu elétron adicional, deixa uma carga positiva fixa nessa rede cristalina, e cada impureza aceptora já ionizada, por sua vez, deixa uma carga negativa fixa. Portanto, a soma dessas duas cargas fixas e as cargas desses elétrons e lacunas livres devem se cancelar exatamente. Uma maior concentração de impurezas doadoras já ionizadas nessa rede cristalina significa que, para manter essa mesma neutralidade de carga, a concentração de elétrons livres nesse material semicondutor também deve ser maior.

Portanto, este modelo, com esta impureza doadora e esta neutralidade de carga com que foi aberto, faz com que esta mesma dopagem desloque a concentração de elétrons livres deste material semicondutor muito acima da concentração intrínseca já estabelecida por outro modelo deste conjunto, sem necessitar, para alcançar esse mesmo deslocamento, de qualquer excitação térmica intensa em toda a banda proibida: enquanto a concentração intrínseca de portadores de carga requer a excitação de elétrons diretamente da banda de valência para a banda de condução através de toda a banda proibida, esta dopagem alcança o mesmo deslocamento da concentração de elétrons livres com a energia de ionização muito menor desta impureza doadora. O fato de esta concentração de impurezas doadoras dentro desta rede cristalina ser maior significa que esta concentração de elétrons livres, deslocada bem acima desta concentração intrínseca, está consequentemente ainda mais distante dela, e também significa que o nível de Fermi deste material semicondutor, que descreve com mais detalhes outro modelo diferente deste conjunto, é consequentemente determinado por esta mesma concentração de impurezas doadoras.

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