elektronenconcentraties

Elektronenconcentraties zijn een maat voor het aantal vrije elektronen per eenheid volume in een materiaal en bepalen belangrijke eigenschappen zoals elektrische geleiding en scherming van elektrische velden. Ze worden uitgedrukt in eenheden als elektronen per kubieke centimeter of per kubieke meter.

In metalen zijn elektronconcentraties extreem hoog, doordat de meeste valentie-elektronen zich vrij kunnen bewegen door het kristalrooster. Dit geeft metalen een hoge geleidbaarheid en een degenerate elektronengas met een Fermi-niveau boven de bandgrens. In halfgeleiders zijn de concentraties daarentegen sterk afhankelijk van temperatuur en van dopingsoorten en -niveaus, en kunnen ze vele ordes van grootte variëren.

Een belangrijk onderscheid is intrinsic versus extrinsic (gedoopte) materiaal. In intrinsic halfgeleidermateriaal komt de concentratie vrije elektronen n overeen met de gaatjesconcentratie p, en n·p ≈ ni^2, waarbij ni de intrinsieke draagtlagsconcentratie is die temperatuurgedreven is. Bij n-type doping stijgt n door donoratomen, terwijl p relatief klein blijft; bij p-type doping stijgt p door acceptoratomen, terwijl n afneemt. De draagselektronconcentraties en gaatjesconcentraties bepalen samen de elektrische eigenschappen en mobiliteit van het materiaal.

Meetmethoden voor elektronconcentraties omvatten de Hall-effectmeting, capaciteits-volumemetingen (CV-profilering) en spectroscopische technieken zoals foto-elektronenspectroscopie. In toegepaste context is het bepalen van de electronconcentratie cruciaal voor de ontwerp- en analyse van elektronische schakelingen, zonnecellen, lichtdiodes en andere semiconductor devices.