В германий введена примесь мышьяка ( - концентрация примесей)

Если в кристаллическую решётку полупроводника германия ввести атомы примеси мышьяка ( - элемент пятой группы таблицы Менделеева) имеющего на наружной электронной оболочке пять валентных электрона, то четыре валентные электрона устанавливают прочные ковалентные связи с четырьмя соседними атомами германия, а пятый электрон оказывается незанятым в этих связях.

Рис. 7. Структура кристалла полупроводника
германия с акцепторными примесями индия .
Рис. 8. Зонная диаграмма германия
с примесью мышьяка.
Если примесные атомы могут поставлять электроны в зону проводимости, то их называют донорами.
Рассмотрим возникновение донорного полупроводника за счет примеси замещения на примере германия, легированного мышьяком (Рис. 8). Поскольку атом мышьяка (V группа) имеет пять электронов, то четыре из них будут принимать участие в ковалентных связях с собственными атомами. Пятый электрон будет лишним. В результате большой диэлектрической проницаемости кремния кулоновское притяжение этого электрона к ядру будет ослабленным. Поэтому радиус электронной орбиты этого электрона будет большим, охватывая несколько межатомных расстояний, то есть он находится в донорно-акцепторной связи.
В зонной диаграмме такой электрон находится на дискретном примесном уровне вблизи дна зоны проводимости (Рис. 8). Достаточно небольшой тепловой энергии чтобы этот электрон стал свободным. Тогда электропроводимость полупроводника будет обусловлена только электронами. Такой полупроводник называют донорным, электронным или n-типа проводимости.
Таким образом, донорной примесью замещения являются инородные атомы с валентностью на 1 больше валентности собственных атомов.
При абсолютном нуле зона проводимости пустая, как у диэлектриков, а уровни валентной зоны полностью заполнены . Под действием избыточной энергии Еo, появляющейся за счет температуры, облучения, сильных электрических полей и т.д., некоторая часть электронов валентной зоны переходит в зону проводимости. Энергия Еo в случае беспримесного полупроводника, равна ширине запрещенной зоны и называется энергией активации. В валентной зоне остаётся свободное энергетическое состояние, называемое дыркой, имеющей единичный положительный заряд.
При отсутствии электрического поля электрон, будет совершать хаотические движение.
Поставка электронов в зону проводимости может быть за счет примесей, которые могут ионизоваться уже при низкой температуре. Энергия их активации значительно меньше энергии, необходимой для ионизации основных атомов вещества. Примеси, поставляющие электроны в зону проводимости, занимают уровни в запретной зоне вблизи потолка зоны проводимости. Они называются донорными. Примеси, захватывающие электроны из валентной зоны, располагаются на уровнях в запретной зоне вблизи потолка валентной зоны и называются акцепторными.
Примеси с энергией Еo<0,1эВ являются оптимальными. Их относят к "мелким" примесям. Мелкие уровни определяют электропроводность полупроводников в диапазоне температур 200–400К, "глубокие" примеси ионизуются при повышенных температурах. Глубокие примеси, влияя на процессы рекомбинации, определяют фотоэлектрические свойства полупроводников