Nośniki ładunku to cząstki posiadające ładunek elektryczny i mogące przemieszczać się, przenosząc prąd; przykłady obejmują elektrony i jony. Półprzewodniki zawierają dwa rodzaje nośników ładunku: ujemnie naładowane wolne elektrony i dodatnio naładowane wolne dziury. W zależności od typu nośnika większościowego półprzewodniki dzieli się na typ p- (gdzie nośnikami większościowymi są dziury) lub typ n- (gdzie nośnikami większościowymi są elektrony). W rzeczywistości dziura jest po prostu wakatem w wiązaniu walencyjnym; ruch pojedynczego wakatu jest równoważny zbiorowemu ruchowi dużej liczby elektronów walencyjnych. Jednak o wiele wygodniej jest opisać ruch tej ogromnej liczby elektronów walencyjnych za pomocą koncepcji stosunkowo małej liczby dziur. Zatem, zasadniczo, dziura jest jedynie alternatywnym sposobem reprezentacji dużej grupy elektronów walencyjnych.
Stany energetyczne nośników ładunku
Z punktu widzenia pasm energii kryształu-pasma o najwyższej energii w półprzewodniku to pasmo przewodnictwa i pasmo walencyjne, oddzielone pasmem zabronionym (lub pasmem wzbronionym). Zakazane pasmo nie zawiera stanów-ani poziomów energii-związanych z ruchem zdelokalizowanym, chociaż mogą w nim występować zlokalizowane poziomy energii wynikające z zanieczyszczeń lub defektów. Wolne elektrony (nazywane po prostu elektronami) znajdują się w paśmie przewodnictwa, zwykle w pobliżu krawędzi pasma przewodnictwa (co odpowiada energii potencjalnej elektronów); wolne dziury (zwane po prostu dziurami) znajdują się w paśmie walencyjnym, zazwyczaj w pobliżu krawędzi pasma walencyjnego (co odpowiada energii potencjalnej dziur). Chociaż pasmo walencyjne zawiera ogromną liczbę elektronów walencyjnych, elektrony te są związane w wiązaniach walencyjnych i nie mogą się swobodnie poruszać; w związku z tym nie są klasyfikowane jako nośniki ładunku.
Jeśli stężenie donora w półprzewodniku typu n- jest stosunkowo niskie, stężenie elektronów w paśmie przewodnictwa pozostaje niskie. W tym przypadku rozkład elektronów na poziomach energii w pobliżu krawędzi pasma przewodnictwa jest zgodny z klasycznym rozkładem Boltzmanna; te elektrony nazywane są niezdegenerowanymi nośnikami, a półprzewodnik jest klasyfikowany jako niezdegenerowany półprzewodnik.
I odwrotnie, jeśli stężenie domieszki jest bardzo wysokie, rozkład dużej liczby elektronów w pobliżu krawędzi pasma przewodnictwa jest ograniczony przez zasadę wykluczenia Pauliego. W tym scenariuszu elektrony podążają za kwantowym rozkładem Fermiego-Diraca; nazywane są one zdegenerowanymi nośnikami, a półprzewodnik jest klasyfikowany jako zdegenerowany półprzewodnik. Należy jednak zauważyć, że nawet w niezdegenerowanym półprzewodniku typu n-liczba elektronów w paśmie walencyjnym-pozostaje-zdegenerowanymi nośnikami i niezmiennie podlega kwantowemu rozkładowi Fermiego-Diraca.
Dziury powstają, gdy elektrony walencyjne przechodzą z pasma walencyjnego do pasma przewodnictwa (pozostawiając wolne miejsca w wiązaniach walencyjnych); proces ten nazywany jest wzbudzeniem wewnętrznym i charakteryzuje się jednoczesnym wytwarzaniem par elektronów-dziur.
