Como impurezas doadoras afetam os níveis de energia e a condutividade em um semicondutor?

Resposta

Criam níveis doadores próximos à banda de condução, diminuindo a energia de ativação e aumentando a condutividade.

Ao introduzir átomos doadores, surgem níveis de energia pouco abaixo da banda de condução.
Isso reduz a energia necessária para que elétrons saltem para a banda de condução, aumentando a população de portadores livres e, portanto, a condutividade (formação de semicondutor tipo n).
O efeito é significativo mesmo se o gap intrínseco for da ordem de eV, pois a ativação do elétron vem do nível doador, não do gap completo.

Exemplo:
Considere um semicondutor com nível doador a 0,05 eV abaixo da banda de condução à temperatura ambiente (300 K).
A fração aproximada de elétrons ativados por temperatura segue a dependência de Boltzmann \( \propto e^{-E_a/(k_B T)} \).
Com \(E_a=0{,}05\ \mathrm{eV}\) e \(k_B T\approx0{,}0259\ \mathrm{eV}\) em 300 K, temos:
\(e^{-0{,}05/0{,}0259}\approx e^{-1{,}93}\approx0{,}145\) (≈14,5%).
Portanto, uma fração significativa de elétrons é facilmente liberada para a banda de condução, aumentando muito a condutividade comparado ao material intrínseco.