Töltéshordozó

A töltéshordozó olyan részecske vagy kvázipartikulár, amely elektromos töltést hordoz és így hozzájárul az anyagban az elektromos áram kifejtéséhez. Gyakorlati példák: elektronok fémekben és félvezetőkben; elektronok és lyukak félvezetőkben; ionok vezető szilárd anyagokban és folyadékokban (pl. elektrolitok); plazmában pedig elektronok és ionok egyaránt töltéshordozók lehetnek.

A töltéshordozókat jellemzi a töltés mennyisége, a töltéshordozók sűrűsége és mobilitása. A vezetés során egy töltés q-vel jelölt részecske mozgása hozza létre az áramot. Az áram sűrűsége J = n q μ E, ahol n a töltéshordozók sűrűsége, μ a mobilitás és E az elektromos térerősség. A vezetőképesség σ = n q μ. Két gyakran használt példa a félvezetőknél: elektronok és lyukak, ahol a doping szabályozza a hordozó gyakoriságát és a vezetést.

A töltéshordozók mozgását két fő mechanizmus befolyásolja: drift (nagyobb térerő alatt részben kiegyenlítő irányú mozgás) és diffúzió (koncentrációgradiens miatti áramlás). Az Einstein-egyenlet szerint D = μ kT/q, ahol D a diffúziós állandó, k a Boltzmann-állandó, T a hőmérséklet. A hordozók típusától, sűrűségétől és mobilitásától függően különböző anyagok és eszközök, például diodák és tranzisztorok működése épül fel. Ingerült körülmények között (például magas hőmérséklet vagy nagy deresség) a mobilitás és a hordozó-szám változik, így az anyag vezető képessége módosul.