Vad är bärarkoncentration?
Bärarkoncentration är antalet tillgängliga elektroner som passerar genom en halvledare. En halvledare är en elektronisk enhet som leder elektricitet när en energikälla appliceras. Kristaller eller amorfa eller icke-kristallina material tillverkas för att bilda halvledarmaterial. Spårmängder av metallmolekyler, kallad dopmedel, kan tillsättas för att ge extra elektroner för transport av elektrisk ström.
En molekyl består av en central kärna omgiven av ringar eller skal av elektroner som ständigt är i rörelse. Vissa material, kallade givare, har en elektron relativt långt borta från kärnan som kan lossas av elektriska strömmar eller solljus. Olika molekyler, så kallade acceptorer, saknar en elektron i det yttre skalet och kan ta fria elektroner som finns. En halvledare använder donator- och acceptormolekyler placerade i kristallint eller amorft material. Utrymmen för elektroner i acceptormaterial kallas ofta hål.
Kisel, både kristallint och amorft, används ofta för halvledare. Det kan överföra vissa elektroner som ett rent material vid olika temperaturer. Detta är känt som den inneboende bärarkoncentrationen. Rent kisel används sällan som halvledare eftersom den inneboende koncentrationen är ganska låg. Andra material, som germanium eller kiselkarbid, har en högre inneboende koncentration och kan användas som rena halvledare.
Små mängder dopmedel kan ändra egenskaperna hos en halvledare och tillåta elektronflöde med mindre motstånd. Mätningen av elektronkapacitet för dopade halvledare är känd som den extrinsiska bärarkoncentrationen. Detta värde används för att beräkna halvledarens elektriska egenskaper i en elektronisk krets. Förändringar i bärarkoncentration från att kontrollera dopningen kommer att påverka halvledarens elektriska egenskaper.
En halvledare innehåller tre sektioner. Ledningsbandet är material dopat med spårmolekyler som har överskott av elektroner. Gapmaterial, normalt ett rent material utan doping, placeras i mitten. Det sista lagret är valensskiktet, där materialet dopas med spårmolekyler som saknar elektroner.
Det finns många vanliga användningar för andra halvledare än för elektroniska apparater. Solpaneler består av amorfa kiselceller anslutna till elektriska kretsar. Solljusets energi frigör elektroner i ledningsbandet som passerar genom kiselhalvledarna och skapar en elektrisk ström. Elektricitet skapad från solpaneler används vanligtvis för att ladda batteribanker för senare användning.
Ljusemitterande dioder eller lysdioder är vanliga apparater som används för belysning av hem, företag och fordon. En elektrisk ström aktiverar en halvledare som innehåller dopmedel som ger synligt ljus när elektroner passerar genom dem. Lysdioder skapar väldigt lite överskottsvärme, är energieffektiva och har lång användbar livstid.