Ladungsträgerdichte

 


 

Einleitung

Damit ein Halbleiter leitend wird, müssen sich Elektronen aus dem Halbleiter-Gitter lösen und so frei beweglich sein. Die freien Elektronen stehen in Folge dessen zum Ladungstransport zur Verfügung. Es handelt sich daher um Ladungsträger.
Die Ladungsträgerdichte (oder auch Ladungsträgerkonzentration genannt) stellt die Anzahl an Ladungsträger pro Volumen dar.

 

 

 

 




 
 

Einführung

Zusammengefasst erklärt handelt es sich bei der Ladungsträgerdichte um die Anzahl an Ladungsträger pro Volumen. Um dies sich besser vorstellen zu können stelle man sich vor aus einem gegebenen Halbleiter einen Würfel (zB cm³) auszuschneiden. Dann werden darin die die Ladungsträger gezählt (z.B. 10^10). Die Ladungsträgerdichte ist hier somit: 10^10 / 1cm³ = 10^10 * cm^-3.

Entsprechend ist die Ladungsträgerkonzentration abhängig von Material, Temperatur und Dotierung.
Die Ladungsträgerdichte bei reinen (undotierten) Halbleitern wird als Eigenleitungsdichte bezeichnet.

 




 

Stromstärke Parallelschaltung

Die Eigenleitungsdichte beschreibt die Ladungsträgerdichte im reinen (undotierten) Halbleiter.
Eigenleitungsdichte:

Die Eigenleitungsdichte ist abhängig vom Material des Halbleiters und der Temperatur. Wie bereits bekannt lösen sich durch Temperatur Elektronen aus dem Halbleiter-Gitter und werden frei beweglich. Sie hinterlassen Löcher im Gitter.
Grundlagen des Halbleiters

D.h. je nach Temperatur und Material lösen sich unterschiedlich viele Elektronen aus dem Gitter und entsprechend ist der Halbleiter unterschiedlich leitend. Bei reinen (undotierten) Halbleiter muss die Anzahl an freien Elektronen der Anzahl an freien Löchern im Gitter entsprechen.
Deshalb ist beim reinen (undotierten) Halbleiter die Eigenleitungsdichte gleich groß wie die Elektronendichte n und Löcherdichte p.

Formel zur Berechnung der Ladungsträgerdichte

 

Berechnung der Ladungsträgerdichte

Um die Ladungsträgerdichte zu berechnen greift man auf das Massenwirkungsgesetz zurück:
Massenwirkungsgesetz: Massenwirkungsgesetz

Umgestellt bedeutet dies das die Ladungsträgerdichte wie folgt berechnet wird:
Ladungsträgerdichte berechnen

 
Ladungsträgerdichte berechnen

 




 

Elektronendichte

….

 

Löcherdichte

….