Цей різновид провідності здійснюється завдяки введенню у
4-валентний НП (германій або кремній) 5-валентних атомів домішок (фосфор Р, сурма Sb, або миш?як As), які називаються донорними домішками (лат. donar – той, що віддає). Схема кристалічної решітки з донорними домішками показана на рисунку 1.4а, відповідна енергетична діаграма – на рисунку 1.4б.
Рисунок 1.4 – Механізм електронної провідності НП: а – схема кристалічної решітки з донорними домішковими атомами; б – енергетична діаграма5-ти валентний електрон атома домішок, який не бере участі у ковалентних зв?язках, має дуже незначну ( порівняно з ковалентними електронами) енергію зв?язку з ядром атома.
Під дією незначної енергії, яку називають енергією активації донорівDWД (її величина невелика порівняно з шириною забороненої зони, як показано на енергетичній діаграмі, рисунок 1.4б), електрон стає вільним. Атоми домішок перетворюються на позитивні іони. Ці іони нерухомі, міцно зв?язані з кристалічною решіткою і не беруть участі у створені електричного струму в НП. Завдяки малій енергії активації (DWД=0,16 еВ) для кремнію з домішками,DWД=(0,01……0,13) еВ для германію з домішками навіть при кімнатній температурі відбувається повна іонізація 5-валентних атомів, яка супроводжується заповненням зони провідності вільними електронами (рисунок 1.4б). Вільні електрони у ЗП можуть з?являтися і внаслідок дії механізму власної провідності, як у бездомішкових НП. Але ймовірність цього набагато нижча, ніж імовірність процесу активізації домішок. Тому у ЗП зосереджується набагато більше вільних електронів, ніж є дірок у ВЗ, оскільки іонізація донорного атома не супроводжується утворенням дірки.
Отже, в НП з донорними домішками концентрація вільних електронів набагато перевищує концентрацію дірок. Символічно це записується так: у стані термодинамічної рівноваги nn0>>pn0, де nn0 – рівноважна концентрація електронів у НП донорного типу (n-типу); pn0 – рівноважна концентрація дірок у НП (p-типу). Електрони є основними носіями заряду, а дірки – неосновними.
Концентрація електронів у НП n-типу може бути визначена за формулою
, (1.2)
де NД – концентрація атомів донорних домішок;ni – концентрація електронів унаслідок дії власної провідності НП.
Рівень Фермі у донорному НП зміщується у верхню половину ЗЗ. Його положення залежить від концентрації донорів NД (рівень Фермі зі збільшенням NД наближається до ЗП).