carrierconcentratie

Carrierconcentratie is de hoeveelheid dragers van elektrische lading per eenheid van volume in een materiaal. In halfgeleiders verwijst deze term meestal naar elektronen in de conductieband en gaten in de valentieband; de concentratie van elektronen wordt aangeduid met n en die van gaten met p. De totale vrije dragerconcentratie is dan n + p. De dragerconcentraties hangen af van temperatuur en van doping: dopings verminderen of verhogen de respectieve concentraties van elektronen en gaten.

In intrinsieke halfgeleiders is ni de intrinsieke dragerconcentratie, een materiaal- en temperatuurafhankelijke waarde. Voor silicium bij circa 300 K ligt ni rond 1 × 10^10 cm^-3; voor andere materialen kan ni aanzienlijk hoger of lager zijn. Donoren (n-type dopants) verhogen de elektronenconcentratie, terwijl acceptoren (p-type dopants) de gatenconcentratie verhogen. Uit de massa-actiewet volgt agglomeratie: n p ≈ ni^2 bij evenwicht, waardoor de verhouding tussen n en p afhankelijk is van doping en temperatuur.

De dragerconcentratie bepaalt in samenhang met mobiliteiten de geleiding van het materiaal via σ = q (n μn + p μp), waarbij q de elementaire lading is en μn, μp de mobiliteiten van respectievelijk elektronen en gaten. Meetmethoden zoals het Hall-effect leveren informatie over n en mobiliteiten, terwijl capacitieve metingen en CV-profilering vaak worden gebruikt om verdelingen van dragers te bepalen.

Toepassingen van draagerin concentraties zijn fundamenteel voor diodes, transistors en andere halfgeleiderapparaten. De term kan ook toegepast worden op elektrolytische systemen of plasmas, waar ionen of andere geladen deeltjes als dragers fungeren en hun concentratie de conductiviteit beïnvloedt.