Bærerkonsentrasjon

Bærerkonsentrasjon refererer til antallet ladningsbærere per volumsenhet i et materiale. I halvledere og andre elektriske materialer er de primære bærerne elektroner og hull. Enheten som ofte brukes er antall bærere per kubikkcentimeter (cm^-3).

Ved intrinsisk materiale er bærerkonsentrasjonen lik for elektroner og hull: n = p = ni, hvor ni er den intrinsiske konsentrasjonen som avhenger av temperatur og materiale. For halvledere som silikon er ni svært følsom for temperatur og legges av materialets bandstruktur.

Ved tilføring av dopingmidler endres bærerkonsentrasjonen betydelig. Donor-atomene i n-type og akseptor-atomene i p-type skaper flertalletsbærere: elektroner i n-type og hull i p-type. Når dopingen er mye større enn ni, er flertallsbæreren omtrent donor- eller akseptorkonsentrasjonen (n ≈ ND, p ≈ NA), mens mindretallsbæreren følger np = ni^2. Ved romtemperatur antas donor- eller akseptor-atomene ofte fullstendig ioniserte, slik at n ≈ ND og p ≈ ni^2 / n (eller omvendt).

Temperatur påvirker ni og dermed bærerkonsentrasjonen; høyere temperatur øker ni og endrer ledningsevnen. Ledningsevnen er σ = q (n μn + p μp), der μn og μp er mobiliteten til elektroner og hull. Mobilitet varierer med temperatur, dopingsnivå og materiale.

Betydning og måling: bærerkonsentrasjon er sentral i utformingen av halvlederkomponenter og i materialvurdering. Den kan måles ved Hall-effekten, og brukes sammen med mobilitet til å bestemme ledningsevnen. Typiske dopingsnivåer i silisium ligger fra omkring 10^14 til 10^18 cm^-3, avhengig av applikasjonen.