La concentrazione del portatore è il numero di elettroni disponibili per passare attraverso un semiconduttore. Un semiconduttore è un dispositivo elettronico che conduce elettricità quando viene applicata una fonte di energia. Cristalli o materiali amorfi o non cristallini sono fabbricati per formare materiale semiconduttore. Tracce di molecole metalliche, chiamate droganti, possono essere aggiunte per fornire elettroni extra per il trasporto di corrente elettrica.
Una molecola è costituita da un nucleo centrale circondato da anelli o gusci di elettroni costantemente in movimento. Alcuni materiali, chiamati donatori, hanno un elettrone relativamente lontano dal nucleo che può essere rimosso dalle correnti elettriche o dalla luce solare. Molecole diverse, chiamate accettori, mancano di un elettrone nel guscio esterno e possono assumere elettroni liberi presenti. Un semiconduttore utilizza molecole donatrici e accettore poste in materiale cristallino o amorfo. Gli spazi per gli elettroni nei materiali accettori sono spesso indicati come buchi.
Il silicio, sia cristallino che amorfo, è comunemente usato per i semiconduttori. Può trasmettere alcuni elettroni come materiale puro a diverse temperature. Questa è nota come concentrazione di portatore intrinseca. Il silicio puro è usato raramente come semiconduttore perché la concentrazione intrinseca è piuttosto bassa. Altri materiali, come il germanio o il carburo di silicio, hanno una maggiore concentrazione intrinseca di portatori e possono essere usati come semiconduttori puri.
Piccole quantità di droganti possono modificare le proprietà di un semiconduttore e consentire il flusso di elettroni con minore resistenza. La misurazione della capacità degli elettroni per i semiconduttori drogati è nota come concentrazione di portatori estrinseci. Questo valore viene utilizzato per calcolare le proprietà elettriche del semiconduttore in un circuito elettronico. Le variazioni nella concentrazione del vettore dovute al controllo del drogaggio influenzeranno le proprietà elettriche del semiconduttore.
Un semiconduttore contiene tre sezioni. La banda di conduzione è un materiale drogato con molecole in traccia che hanno elettroni in eccesso. Il materiale gap, normalmente un materiale puro senza drogaggio, è posto nel mezzo. L’ultimo strato è lo strato di valenza, dove il materiale è drogato con molecole in traccia prive di elettroni.
Esistono molti usi comuni per i semiconduttori diversi dai dispositivi elettronici. I pannelli solari sono costituiti da celle di silicio amorfo collegate a circuiti elettrici. L’energia della luce solare rilascia elettroni nella banda di conduzione che passa attraverso i semiconduttori di silicio e crea una corrente elettrica. L’elettricità creata dai pannelli solari viene in genere utilizzata per caricare i banchi di batterie per un uso successivo.
I diodi a emissione luminosa, o LED, sono dispositivi comuni utilizzati per l’illuminazione di case, aziende e veicoli. Una corrente elettrica attiva un semiconduttore contenente droganti che danno luce visibile quando gli elettroni li attraversano. I LED creano pochissimo calore in eccesso, sono efficienti dal punto di vista energetico e hanno una lunga durata utile.