Hva er bærerkonsentrasjon?

Bærerkonsentrasjon er antall elektroner som er tilgjengelige for å passere gjennom en halvleder. En halvleder er en elektronisk enhet som vil lede strøm når en energikilde blir brukt. Krystaller eller amorfe eller ikke-krystallinske materialer blir produsert for å danne halvledermateriale. Spormengder av metallmolekyler, kalt dopingmidler, kan tilsettes for å gi ekstra elektroner for transport av elektrisk strøm.

Et molekyl består av en sentral kjerne omgitt av ringer eller skjell av elektroner som stadig er i bevegelse. Noen materialer, kalt givere, har et elektron relativt langt unna kjernen som kan løsnes av elektriske strømmer eller sollys. Ulike molekyler, kalt akseptorer, mangler et elektron i det ytre skallet og kan ta gratis elektron som er til stede. En halvleder bruker donor- og akseptormolekyler plassert i krystallinsk eller amorft materiale. Mellomrom for elektron i akseptormateriale blir ofte referert til som hull.

Silisium, både krystallinsk og amorf, brukes ofte til halvledere. Den kan overføre noen elektroner som et rent materiale ved forskjellige temperaturer. Dette er kjent som den egentlige bærerkonsentrasjonen. Rent silisium brukes sjelden som halvleder fordi den iboende konsentrasjonen er ganske lav. Andre materialer, for eksempel germanium eller silisiumkarbid, har en høyere egenbærerkonsentrasjon og kan brukes som rene halvledere.

Små mengder dopingmidler kan endre egenskapene til en halvleder og tillate elektronstrøm med mindre motstand. Målingen av elektronkapasitet for dopede halvledere er kjent som den ekstrinsiske bærerkonsentrasjonen. Denne verdien brukes til å beregne de elektriske egenskapene til halvlederen i en elektronisk krets. Endringer i bærerkonsentrasjon fra kontroll av doping vil påvirke de elektriske egenskapene til halvlederen.

En halvleder inneholder tre seksjoner. Ledningsbåndet er materiale dopet med spormolekyler som har overflødig elektroner. Gapmateriale, normalt et rent materiale uten doping, plasseres i midten. Det siste laget er valenslaget, der materiale er dopet med spormolekyler som mangler elektroner.

Det er mange vanlige bruksområder for andre halvledere enn i elektroniske apparater. Solcellepaneler består av amorfe silisiumceller koblet til elektriske kretser. Solenergien frigjør elektroner i ledningsbåndet som går gjennom halvledere av silisium og skaper en elektrisk strøm. Elektrisitet fra solcellepaneler brukes vanligvis til å lade batteribanker for senere bruk.

Lysemitterende dioder, eller lysdioder, er vanlige enheter som brukes til belysning av hjem, bedrifter og kjøretøy. En elektrisk strøm aktiverer en halvleder som inneholder dopingmidler som gir synlig lys når elektroner passerer gjennom dem. LED-er skaper veldig lite overflødig varme, er energieffektive og har lang brukbar levetid.