Purtătorii de sarcină sunt particule care posedă o sarcină electrică și se pot deplasa pentru a transporta curent; exemplele includ electronii și ionii. Semiconductorii conțin două tipuri de purtători de sarcină: electroni liberi încărcați negativ și găuri libere încărcate pozitiv. Pe baza tipului de purtător majoritar, semiconductorii sunt clasificați ca tip p-(unde găurile sunt purtătorii majoritari) sau tip n-(unde electronii sunt purtătorii majoritari). În realitate, o gaură este pur și simplu un loc liber într-o legătură de valență; mișcarea unui singur loc vacant este echivalentă cu mișcarea colectivă a unui număr mare de electroni de valență. Cu toate acestea, este mult mai convenabil să descriem mișcarea acestui număr mare de electroni de valență folosind conceptul unui număr relativ mic de găuri. Astfel, fundamental vorbind, o gaură este doar o modalitate alternativă de a reprezenta un grup mare de electroni de valență.
Stare energetice ale purtătorilor de sarcină
Din perspectiva benzilor de energie cristalină, cele mai înalte-benzi de energie dintr-un semiconductor sunt banda de conducție și banda de valență, separate de o bandă interzisă (sau band gap). Banda interzisă nu conține stări-sau niveluri de energie-asociate cu mișcarea delocalizată, deși în ea pot exista niveluri de energie localizate care decurg din impurități sau defecte. Electronii liberi (numiți pur și simplu electroni) locuiesc în banda de conducție, de obicei lângă marginea benzii de conducție (care corespunde energiei potențiale a electronilor); găurile libere (denumite pur și simplu găuri) se află în banda de valență, de obicei lângă marginea benzii de valență (care corespunde energiei potențiale a găurilor). Deși banda de valență conține un număr mare de electroni de valență, acești electroni sunt legați în legături de valență și nu se pot mișca liber; în consecință, aceștia nu sunt clasificați ca purtători de taxe.
Dacă concentrația donorului într-un semiconductor de tip n-este relativ scăzută, concentrația de electroni în banda de conducție rămâne scăzută. În acest caz, distribuția electronilor de-a lungul nivelurilor de energie din apropierea marginii benzii de conducție urmează distribuția Boltzmann clasică; acești electroni sunt numiți purtători ne-degenerați, iar semiconductorul este clasificat ca un semiconductor ne{-degenerat.
În schimb, dacă concentrația de dopaj este foarte mare, distribuția numărului mare de electroni în apropierea marginii benzii de conducție este constrânsă de principiul de excludere Pauli. În acest scenariu, electronii urmează distribuția cuantică Fermi-Dirac; sunt numiți purtători degenerați, iar semiconductorul este clasificat ca semiconductor degenerat. Cu toate acestea, trebuie remarcat că chiar și într-un semiconductor de tip n-degenerat n-, electronii din banda de valență-fiind numeroși-rămân purtători degenerați și respectă invariabil distribuția cuantică Fermi-Dirac.
Găurile se formează atunci când electronii de valență tranzitează de la banda de valență la banda de conducție (lăsând în urmă vacante în legăturile de valență); acest proces este cunoscut sub numele de excitație intrinsecă și se caracterizează prin generarea simultană de perechi de electroni-găuri.
