La concentration en porteurs est le nombre d’électrons disponibles pour traverser un semi-conducteur. Un semi-conducteur est un dispositif électronique qui conduit l’électricité lorsqu’une source d’énergie est appliquée. Des cristaux ou des matériaux amorphes, ou non cristallins, sont fabriqués pour former un matériau semi-conducteur. Des quantités infimes de molécules métalliques, appelées dopants, peuvent être ajoutées pour fournir des électrons supplémentaires pour le transport du courant électrique.
Une molécule est constituée d’un noyau central entouré d’anneaux ou d’enveloppes d’électrons constamment en mouvement. Certains matériaux, appelés donneurs, ont un électron relativement éloigné du noyau qui peut être délogé par les courants électriques ou la lumière du soleil. Différentes molécules, appelées accepteurs, n’ont pas d’électron dans la couche externe et peuvent prendre les électrons libres qui sont présents. Un semi-conducteur utilise des molécules donneuses et acceptrices placées dans un matériau cristallin ou amorphe. Les espaces pour les électrons dans les matériaux accepteurs sont souvent appelés trous.
Le silicium, à la fois cristallin et amorphe, est couramment utilisé pour les semi-conducteurs. Il peut transmettre des électrons en tant que matériau pur à différentes températures. C’est ce qu’on appelle la concentration intrinsèque de porteurs. Le silicium pur est rarement utilisé comme semi-conducteur car la concentration intrinsèque est assez faible. D’autres matériaux, comme le germanium ou le carbure de silicium, ont une concentration intrinsèque plus élevée en porteurs et peuvent être utilisés comme semi-conducteurs purs.
De petites quantités de dopants peuvent modifier les propriétés d’un semi-conducteur et permettre un flux d’électrons avec moins de résistance. La mesure de la capacité électronique des semi-conducteurs dopés est connue sous le nom de concentration de porteurs extrinsèques. Cette valeur est utilisée pour calculer les propriétés électriques du semi-conducteur dans un circuit électronique. Les changements de concentration en porteurs dus au contrôle du dopage affecteront les propriétés électriques du semi-conducteur.
Un semi-conducteur contient trois sections. La bande de conduction est un matériau dopé avec des molécules traces qui ont un excès d’électrons. Le matériau de l’espace, normalement un matériau pur sans dopage, est placé au milieu. La dernière couche est la couche de valence, où le matériau est dopé avec des molécules traces dépourvues d’électrons.
Il existe de nombreuses utilisations courantes des semi-conducteurs autres que dans les appareils électroniques. Les panneaux solaires sont constitués de cellules de silicium amorphe connectées à des circuits électriques. L’énergie de la lumière du soleil libère des électrons dans la bande de conduction qui traverse les semi-conducteurs en silicium et crée un courant électrique. L’électricité créée à partir de panneaux solaires est généralement utilisée pour charger les parcs de batteries pour une utilisation ultérieure.
Les diodes électroluminescentes, ou LED, sont des dispositifs couramment utilisés pour éclairer les maisons, les entreprises et les véhicules. Un courant électrique active un semi-conducteur contenant des dopants qui donnent de la lumière visible lorsque les électrons les traversent. Les LED créent très peu de chaleur excessive, sont économes en énergie et ont une longue durée de vie utile.