Carrierconcentraties

Carrierconcentraties verwijzen in de halfgeleiderfysica naar het aantal vrij dragers van elektra per eenheid van volume. De twee belangrijkste soorten dragers zijn elektronen (n-dragers) en gaten (p-dragers). In intrinsieke halfgeleiders zijn n- en p-concentraties gelijk en noemen we ze Ni, de intrinsieke draagconcentratie. In dopede materialen kunnen deze verhoudingen sterk verschillen door het voorkomen van donoren of acceptoren.

Bij thermisch evenwicht en doping geldt de mass-action wet: de product van de elektronenconcentratie en de gatenconcentratie n p is gelijk aan Ni^2. In een n-gedopeerde halfgeleider is de donorconcentratie Nd meestal de dominante factor; bij volledige ionisatie volgt n ≈ Nd en p ≈ Ni^2 / Nd. In een p-gedopeerde halfgeleider is dit omgekeerd: p ≈ Na en n ≈ Ni^2 / Na. Deze relaties tonen hoe doping de meerderheid en minderheiddragers bepaalt en daarmee de elektrische eigenschappen van het materiaal regelt.

De intrinsieke draagconcentratie Ni hangt sterk af van het materiaal en van de temperatuur; ni neemt toe met temperatuur en kan de dopingspreiding bij hogere temperaturen beïnvloeden. Uitgebalanceerde carrierconcentraties zijn cruciaal voor het ontwerp van diodes, transistors en andere halfgeleiderapparaten, waar de mobiliteit, recombinatie en diffusie van dragers de werking bepalen.

Meetmethoden omvatten onder meer de Hall-effectmeting voor individuele concentraties en mobiliteiten, en capactoravelling (CV) of profileringstechnieken voor dopingsprofielen. Begrip van carrierconcentraties is essentieel voor het voorspellen van geleidbaarheid en het gedrag van elektronische structuren.