Was ist Carrier-Konzentration?
Die Ladungsträgerkonzentration ist die Anzahl der Elektronen, die verfügbar sind, um einen Halbleiter zu passieren. Ein Halbleiter ist ein elektronisches Gerät, das Elektrizität leitet, wenn eine Energiequelle angelegt wird. Kristalle oder amorphe oder nichtkristalline Materialien werden hergestellt, um Halbleitermaterial zu bilden. Spuren von Metallmolekülen, die als Dotierstoffe bezeichnet werden, können hinzugefügt werden, um zusätzliche Elektronen für den Transport von elektrischem Strom bereitzustellen.
Ein Molekül besteht aus einem zentralen Kern, der von Ringen oder Elektronenschalen umgeben ist, die ständig in Bewegung sind. Einige Materialien, sogenannte Donoren, haben ein Elektron, das relativ weit vom Kern entfernt ist und durch elektrische Ströme oder Sonnenlicht abgelöst werden kann. Verschiedene Moleküle, sogenannte Akzeptoren, haben kein Elektron in der Außenhülle und können vorhandene freie Elektronen aufnehmen. Ein Halbleiter verwendet Donor- und Akzeptormoleküle, die in kristallinem oder amorphem Material angeordnet sind. Räume für Elektronen in Akzeptormaterialien werden oft als Löcher bezeichnet.
Sowohl kristallines als auch amorphes Silizium wird üblicherweise für Halbleiter verwendet. Es kann einige Elektronen als reines Material bei unterschiedlichen Temperaturen übertragen. Dies ist als intrinsische Trägerkonzentration bekannt. Reines Silizium wird selten als Halbleiter verwendet, da die intrinsische Konzentration recht gering ist. Andere Materialien wie Germanium oder Siliciumcarbid haben eine höhere intrinsische Trägerkonzentration und können als reine Halbleiter verwendet werden.
Geringe Mengen an Dotierstoffen können die Eigenschaften eines Halbleiters verändern und einen Elektronenfluss mit geringerem Widerstand ermöglichen. Die Messung der Elektronenkapazität für dotierte Halbleiter ist als extrinsische Trägerkonzentration bekannt. Dieser Wert wird verwendet, um die elektrischen Eigenschaften des Halbleiters in einer elektronischen Schaltung zu berechnen. Änderungen der Ladungsträgerkonzentration durch Steuern der Dotierung beeinflussen die elektrischen Eigenschaften des Halbleiters.
Ein Halbleiter enthält drei Abschnitte. Das Leitungsband ist ein Material, das mit Spurenmolekülen dotiert ist, die einen Elektronenüberschuss aufweisen. Lückenmaterial, normalerweise ein reines Material ohne Dotierung, wird in die Mitte gelegt. Die letzte Schicht ist die Valenzschicht, in der das Material mit Spurenmolekülen dotiert ist, denen Elektronen fehlen.
Es gibt viele gebräuchliche Verwendungen für andere Halbleiter als in elektronischen Geräten. Sonnenkollektoren bestehen aus amorphen Siliziumzellen, die mit elektrischen Schaltkreisen verbunden sind. Die Energie des Sonnenlichts setzt Elektronen im Leitungsband frei, das durch die Siliziumhalbleiter fließt und elektrischen Strom erzeugt. Aus Sonnenkollektoren erzeugter Strom wird normalerweise zum Laden von Batteriebänken für die spätere Verwendung verwendet.
Leuchtdioden oder LEDs sind gängige Geräte zur Beleuchtung von Haushalten, Unternehmen und Fahrzeugen. Ein elektrischer Strom aktiviert einen Halbleiter, der Dotierstoffe enthält, die sichtbares Licht abgeben, wenn Elektronen durch sie hindurchtreten. LEDs erzeugen sehr wenig Wärmeüberschuss, sind energieeffizient und haben eine lange Lebensdauer.