Bærerdensitet

Bærerdensitet er et mål for antallet ladningsbærere per volumsenhet i et materiale. Begrepet brukes særlig om halvledere og metaller og gjelder både elektroner og huller. Bærerdensiteten betegnes ofte som n for elektronbærere og p for hole-bærere, og den totale konsentrasjonen av ladningsbærere er ikke nødvendigvis n+p i alle tilstander, men beskriver kapasiteten til å lede elektrisitet. Vanlige enheter er cm-3 eller m-3.

I intrinsiske (uberørte) halvledere er n og p like og lik den indre bærerdensiteten ni, som avhenger av materialet og temperaturen. Forholdet np = ni^2 gjelder. Ved romtemperatur i silisium er ni omtrent 1,5×10^10 cm-3. Bærerdensiteten bestemmer hvor mye konduktivitet som kan dannes uten tilsetting av urenheter.

I dopede halvledere dominerer en type bærere. Donorer (n-type) øker elektronbærerdensiteten slik at n kan være mye større enn p, og motsatt for akseptorer (p-type). For n-type er n ≈ ND og p ≈ ni^2/n når full ionisering er til stede; for p-type er forholdet omvendt. Dette skifter Fermi-nivået og påvirker ledningsevnen betydelig.

I metaller er bærerdensiteten svært høy og ligger typisk rundt 10^28 m-3 (omtrent 10^22 cm-3). Elektronene er da degenerate og ledningsevnen er i stor grad påvirket av mobilitet og temperatur, snarere enn bærerdensiteten alene.

Betydning og måling: Bærerdensitet er en nøkkelvariabel for elektrisk ledningsevne, som følger sigma = q(n μn + p μp). Den kan måles med Hall-effekten, som gir kombinasjonen av carrier-densitet og mobilitet, samt ved andre teknikker som CV-målinger i halvledere.