Töltéshordozók

Töltéshordozók olyan részecskék, amelyek elektromos töltést hordoznak közegben vagy anyagban. Például fémekben és félvezetőkben szabadon mozgó elektronok, félvezetőkben pedig elektron- és lyuktöltések, továbbá oldatokban és ionos vezetőkben ionok (kationok és anionok). A különböző anyagokban a töltéshordozók közvetítik az elektromos áramot.

Fizikai jellemzők és típusok: a fémekben általában az elektronok viszik a töltést; a félvezetőkben két alapvető töltéshordozó van: elektronok és lyukak. Intrinsic félvezetőkben a két faj koncentrációja hasonló, adalékolással pedig n-típusú (elektronok dominálnak) vagy p-típusú (lyukak dominálnak) vezetők hozhatók létre. Az anyagok vezetőképességét a töltéshordozók koncentrációja és mobilitása határozza meg.

Mozgás és vezetés: a töltéshordozók driftálása külső elektromos mező alatt történik, emellett diffúzió révén is áramolhatnak a koncentrációgradiens mentén. A teljes vezetőképesség ( σ ) általában σ = q(n μ_n + p μ_p), ahol n és p a elektronok és lyukak koncentrációja, μ_n és μ_p pedig mobilitásuk. A diffúziós komponenseket D_n és D_p jellemzi, és összefüggésben van a mobilitással az Einstein-reláció alapján.

Fontos összefüggések és alkalmazások: a töltéshordozók viselkedése alapvető a félvezető eszközökben, például dióda, tranzisztor és napelemes cella működésében. Generáció és recombináció, hőmérséklet- és fénysgátolás hatására változik a töltéshordozók száma és a vezetőképesség. A töltéshordozók kimutatására gyakran alkalmazzák a Hall-effektust.