Estaba estudiando la ecuación $$I = nAvq$$ donde $n$ = la densidad de portadores de carga, $A$ = sección transversal del conductor, $v$ = velocidad media de deriva del portadores de carga, y $q$ = la carga en cada portador de carga. Estaba confundido sobre si la densidad de portadores de carga es una propiedad intrínseca de un material y tiene un valor constante para un determinado material. Si no es así, ¿qué factores la afectan?
Respuesta
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thraizz
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No, la densidad de portadores dependerá del material, y en el caso de los metales se podría argumentar que es una propiedad del material, pero seguirá dependiendo de los detalles. Si se mira desde el punto de vista de la física de la materia condensada, dependerá de los detalles de la estructura de bandas, que también depende de la disposición y el espaciado de los átomos (la estructura cristalina).
En un metal terminas con electrones en la banda de conducción y hasta un punto que te dará sobre el número de portadores por volumen incluso si el metal no es perfecto, policristalino, o tiene impurezas o incluso si está aleado, y en el término de velocidad de deriva en tu ecuación estará relacionado con la cantidad de dispersión, lo que significa tiempo entre colisiones para los electrones (esto se relaciona con la movilidad de los electrones).
En un semiconductor, se sigue utilizando la ecuación, pero la densidad de portadores cambiará enormemente en función de cómo se dope el material. Si el material es muy puro (intrínseco), sin dopantes, la densidad de portadores dependerá en gran medida de la temperatura, ya que los portadores se excitan con la temperatura desde la banda de valencia a la banda de conducción. Si se introducen dopantes en el material, se puede controlar la densidad de portadores mediante el número de dopantes. Seguirá teniendo el mismo comportamiento de excitación de la banda de valencia a la banda de conducción, pero el dopante se ioniza a una temperatura mucho más baja, por lo que un átomo de dopante da un portador. Esto permite controlar la concentración de portadores y, en última instancia, es una de las razones por las que podemos fabricar diodos, transistores, etc. de forma controlable.
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así que la respuesta corta a nuestra pregunta es que la densidad de portadores dependerá de la estructura de banda de su material, que depende de la estructura cristalina y el átomo, pero el número de portadores la banda de conducción también dependerá de los detalles: la temperatura, el número de defectos, el número de dopantes son especialmente importantes en los semiconductores.
