電荷担体(電荷キャリア)
電荷担体(電荷キャリア)
応用物理・応用化学
半導体物理
電荷担体または電荷キャリアとは、電荷を運ぶ自由な粒子を指し、特に電気伝導体における電流を担う粒子を指す。例えば、電子やイオンがある。金属では、伝導電子が電荷担体となる。各原子の外側の1個または2個の価電子は金属の結晶構造の中を自由に移動できる。この自由電子の雲をフェルミ気体という。半導体では、電子と正孔(ホール)が電荷担体となる。正孔とは価電子帯の空席になっている部分を粒子のように移動するものと捉えた見方であり、正の電荷を担う。 不純物半導体では、不純物(ドーパント)をドープすることで、電子や正孔の濃度を増すことができる。ドーピングによって増やされた電荷キャリアを多数キャリアと呼び、相対的に減った電荷キャリアを少数キャリアと呼ぶ。具体的には、n型半導体中の電子とp型半導体中の正孔が多数キャリアとなり、n型半導体中の正孔、p型半導体中の電子が少数キャリアとなる。pn接合にみられる空乏層には電荷担体はほとんどない。