Carrierrörelse

Carrierrörelse är rörelsen av laddningsbärare i ett material. De viktigaste bärare i elektroniska material är elektroner och hål, och deras rörelse påverkas av elektriska fält samt av koncentrationsskillnader. I fasta ämnen uppträder två grundläggande mekanismer: drift, som uppstår när ett fält verkar på bärare, och diffusion, som följer av varierande koncentrationer av bärare. Dessa mekanismer tillsammans bestämmer strömmen genom materialet.

Driftflöde: Vid ett elektriskt fält E accelereras laddningar och orsakar driftström. Eftersom elektroner och hål reagerar olika på fältet används ofta uttrycket för driftkomponenten J_d = q (n μ_n + p μ_p) E, där n och p är elektron- respektive hålkoncentrationer och μ_n, μ_p deras mobiliteter. Drift dominerar vanligtvis där fältet är starkt eller bärare är högfrekvent i rörelse.

Diffusion: Om bärare är mer koncentrerade på ena sidan än på den andra diffunderar de mot lägre koncentrationer. Diffusionsströmmen kan skrivas som J_diff = q D_n ∇n - q D_p ∇p, där D_n och D_p är diffusionstal och ∇n, ∇p är koncentrationsgradienter. Den totala current density är därmed J = J_drift + J_diffusion. Einsteinrelationen D = μ k_B T / q kopplar diffusion och drift genom mobilitet, temperatur och det elektromagnetiska kvantitetsvärde q.

I halvledare spelar elektroner (n) och hål (p) en särskild roll. Doping, temperatur och materialstruktur avgör deras koncentrationer och mobiliteter, vilket ligger till grund för funktion hos dioder, transistorer och andra komponenter. Carrierrörelse är central för elektronisk transport och elektronikens arbetsprinciper.