Warum unterscheiden sich die Energieniveaus der Dotierstoffe von einem Material zum anderen?

Das Modell für flache Donatoren ist eine Modifikation des Bohr-Atoms: ein Elektron oder Loch, das an ein Ion in einem Medium gebunden ist. Die Bindungsenergie ist kleiner als in Wasserstoff, hauptsächlich weil sie mit der relativen Permittivität im Quadrat skaliert$\varepsilon_r^2$und mit dem effektiven Massenverhältnis:

Das Dotierstoffniveau ist an das Atom gebunden, und wir können uns zwei verschiedene "Ionisationsenergien" vorstellen, die existieren: Eine wäre die Freiheit im Leitungsband des Halbleiters (nennen Sie dies$E_{d}$- woran wir interessiert sind), und ein größerer ist die Energie zur völligen Freiheit in der Luft (nennen Sie dies$E_{free}$). Elektronen im Halbleiter können auch zur völligen Freiheit angeregt werden, dieser Ort wird als Vakuumpotential bezeichnet, und die dafür benötigte Energie ist die Elektronenaffinität (oft auch als "Elektronenaffinität" bezeichnet).$\chi_{s}$). Jetzt verwenden wir das Vakuumpotential als globale Energiereferenz, also haben wir:

$E_{d} = E_{free}-\chi_{S}$

Für das gleiche Dotierungsatom in verschiedenen Halbleitern, wenn$E_{free}$bleibt relativ konstant, da es sich hauptsächlich um eine Eigenschaft des Dotierstoffs handelt, der anders ist$\chi_{S}$für jeden Halbleiter wird verursachen$E_{d}$anders sein.

Denken Sie daran, dass dies eine etwas vereinfachte Ansicht für alles ist, was in einem Halbleiter mit Dotierstoffen vorkommt, aber als qualitative Erklärung dient.