Wat is carrierconcentratie?
Dragerconcentratie is het aantal elektronen dat beschikbaar is om door een halfgeleider te passeren. Een halfgeleider is een elektronisch apparaat dat elektriciteit geleidt wanneer een energiebron wordt toegepast. Kristallen of amorfe of niet-kristallijne materialen worden vervaardigd om halfgeleidermateriaal te vormen. Spoorhoeveelheden metaalmoleculen, doteerstoffen genoemd, kunnen worden toegevoegd om extra elektronen te leveren voor het transport van elektrische stroom.
Een molecule bestaat uit een centrale kern omringd door ringen of schalen van elektronen die constant in beweging zijn. Sommige materialen, donoren genoemd, hebben een elektron relatief ver weg van de kern dat kan worden losgemaakt door elektrische stromen of zonlicht. Verschillende moleculen, acceptoren genoemd, missen een elektron in de buitenste schil en kunnen vrije aanwezige elektronen opnemen. Een halfgeleider gebruikt donor- en acceptormoleculen die in kristallijn of amorf materiaal zijn geplaatst. Ruimten voor elektronen in acceptormaterialen worden vaak gaten genoemd.
Silicium, zowel kristallijn als amorf, wordt vaak gebruikt voor halfgeleiders. Het kan sommige elektronen als een puur materiaal bij verschillende temperaturen overbrengen. Dit staat bekend als de intrinsieke dragerconcentratie. Zuiver silicium wordt zelden als halfgeleider gebruikt omdat de intrinsieke concentratie vrij laag is. Andere materialen, zoals germanium of siliciumcarbide, hebben een hogere intrinsieke dragerconcentratie en kunnen worden gebruikt als zuivere halfgeleiders.
Kleine hoeveelheden doteerstoffen kunnen de eigenschappen van een halfgeleider veranderen en elektronen laten stromen met minder weerstand. De meting van elektronencapaciteit voor gedoteerde halfgeleiders staat bekend als de extrinsieke dragerconcentratie. Deze waarde wordt gebruikt om de elektrische eigenschappen van de halfgeleider in een elektronisch circuit te berekenen. Veranderingen in dragerconcentratie door het regelen van de dotering zullen de elektrische eigenschappen van de halfgeleider beïnvloeden.
Een halfgeleider bevat drie secties. De geleidingsband is materiaal gedoteerd met sporenmoleculen die overtollige elektronen hebben. Tussenruimte materiaal, normaal een puur materiaal zonder dotering, wordt in het midden geplaatst. De laatste laag is de valentie laag, waar materiaal is gedoteerd met spoormoleculen die elektronen missen.
Er zijn veel voorkomende toepassingen voor halfgeleiders anders dan in elektronische apparaten. Zonnepanelen bestaan uit amorfe siliciumcellen die zijn aangesloten op elektrische circuits. De energie van zonlicht maakt elektronen vrij in de geleidingsband die door de silicium halfgeleiders gaat en een elektrische stroom creëert. Elektriciteit gemaakt van zonnepanelen wordt meestal gebruikt om batterijbanken op te laden voor later gebruik.
Light-emitting diodes of LED's zijn veelgebruikte apparaten die worden gebruikt voor het verlichten van huizen, bedrijven en voertuigen. Een elektrische stroom activeert een halfgeleider die doteerstoffen bevat die zichtbaar licht geven wanneer er elektronen doorheen gaan. LED's creëren zeer weinig overtollige warmte, zijn energiezuinig en hebben een lange nuttige levensduur.