Co to jest stężenie przewoźnika?
Stężenie nośnika to liczba elektronów dostępnych do przejścia przez półprzewodnik. Półprzewodnik to urządzenie elektroniczne, które przewodzi prąd, gdy zostanie zastosowane źródło energii. Kryształy lub materiały amorficzne lub niekrystaliczne są wytwarzane w celu utworzenia materiału półprzewodnikowego. Można dodać śladowe ilości cząsteczek metali, zwanych domieszkami, aby zapewnić dodatkowe elektrony do transportu prądu elektrycznego.
Cząsteczka składa się z jądra centralnego otoczonego pierścieniami lub skorupami elektronów, które są w ciągłym ruchu. Niektóre materiały, zwane dawcami, mają elektron względnie daleko od jądra, który może zostać przemieszczony przez prądy elektryczne lub światło słoneczne. Różne cząsteczki, zwane akceptorami, nie mają elektronu w zewnętrznej powłoce i mogą przyjmować wolne elektrony, które są obecne. Półprzewodnik wykorzystuje cząsteczki donora i akceptora umieszczone w krystalicznym lub amorficznym materiale. Przestrzenie na elektrony w materiałach akceptorowych są często nazywane dziurami.
Krzem, zarówno krystaliczny, jak i bezpostaciowy, jest powszechnie stosowany w półprzewodnikach. Może przenosić niektóre elektrony jako czysty materiał w różnych temperaturach. Jest to znane jako wewnętrzne stężenie nośnika. Czysty krzem rzadko jest stosowany jako półprzewodnik, ponieważ jego wewnętrzne stężenie jest dość niskie. Inne materiały, takie jak german lub węglik krzemu, mają wyższe wewnętrzne stężenie nośnika i mogą być stosowane jako czyste półprzewodniki.
Niewielkie ilości domieszek mogą zmienić właściwości półprzewodnika i pozwolić na przepływ elektronów przy mniejszym oporze. Pomiar pojemności elektronowej domieszkowanych półprzewodników jest znany jako zewnętrzne stężenie nośnika. Wartość ta służy do obliczenia właściwości elektrycznych półprzewodnika w obwodzie elektronicznym. Zmiany stężenia nośnika od kontroli domieszkowania wpłyną na właściwości elektryczne półprzewodnika.
Półprzewodnik zawiera trzy sekcje. Pasmo przewodzące jest materiałem domieszkowanym śladowymi cząsteczkami, które mają nadmiar elektronów. Materiał szczelinowy, zwykle czysty materiał bez domieszki, umieszcza się na środku. Ostatnia warstwa to warstwa walencyjna, w której materiał jest domieszkowany śladowymi cząsteczkami pozbawionymi elektronów.
Istnieje wiele typowych zastosowań półprzewodników innych niż w urządzeniach elektronicznych. Panele słoneczne składają się z bezpostaciowych ogniw krzemowych połączonych z obwodami elektrycznymi. Energia słoneczna uwalnia elektrony w paśmie przewodzącym, które przechodzi przez krzemowe półprzewodniki i wytwarza prąd elektryczny. Energia elektryczna wytwarzana z paneli słonecznych jest zwykle wykorzystywana do ładowania banków akumulatorów do późniejszego wykorzystania.
Diody elektroluminescencyjne lub diody LED są powszechnymi urządzeniami stosowanymi do oświetlania domów, firm i pojazdów. Prąd elektryczny aktywuje półprzewodnik zawierający domieszki, które dają widzialne światło, gdy elektrony przez nie przechodzą. Diody LED wytwarzają bardzo mało nadmiaru ciepła, są energooszczędne i mają długi okres użytkowania.