Концентрацію домішок у матеріалі характеризують або кількістю атомів в одиниці об'єму Сi, або в частках, або відсотках за масою yi. Перший спосіб вираження домішкового складу використовують при аналізі електрофізичних властивостей, другий - при визначенні маси легуючих домішок і для характеристики хімічної чистоти вихідних речовин і реагентів. При незначному вмісті домішок, коли можна знехтувати зміною густини основної речовини d, справедливе наступне співвідношення:
Сi = 
, (3.1)
де NA - число Авогадро;
Mi - молярна маса домішкового компонента.
При вирощуванні монокристалів легуючу домішку вводять у стоп у вигляді твердофазної наважки. В окремих випадках, наприклад, в методі безтигельного зонного топлення, домішку можна вводити в кристал з газової фази. Для розрахунку маси легуючої домішки, яка вводиться у стоп напівпровідника, необхідно знати умови вирощування монокристала, масу стопу, вміст фонових (залишкових) домішок, умови взаємодії внаслідок взаємодії стопу з атмосферою і тиглем.
У складних напівпровідників, наприклад, у сполуках АIIIВV, концентрацію носіїв заряду задають у марці в якості вихідного параметра. У марці кристала германію або кремнію вказують, як правило, значення питомого опору кристала (див. 2.2). Для германію питомий опір переводять в концентрацію носіїв заряду аналітично (див. рівняння (2.10) і табл.6 Додатку А), для кремнію використовують спеціа-
льні таблиці (див. табл. 5 Додатку А).
Якщо кожен атом легуючої домішки дає один носій заряду у відповідну зону і всі домішкові атоми повністю йонізовані, то концентрація легуючої домішки буде визначати концентрацію носіїв заряду, а отже, і питомий опір напівпровідника. При введенні у стоп двох однотипних повністю йонізованих домішок, питомий опір напівпровідника визначатиметься їх сумарним вмістом:
, (3.2)
де С тАi і С тDi - концентрації відповідно акцепторних і донорних домішок у кристалі.
Якщо кристал легують одночасно донорними і акцепторними домішками, то концентрація носіїв заряду, що визначає питомий опір, носитиме різницевий характер: для напівпровідника n -типу n = C тD- C тA; для напівпровідника р -типу p = C тA- C тD. У цьому разі задають ступінь компенсації εn = C тА / C тD для напівпровідника n -типу електропровідності і εp = C тD / C тА для р -типу. Концентрацію донорів або акцепторів можна розрахувати за допомогою рівнянь
; 
. (3.3)
Взагалі необхідно враховувати наявність у вихідному полікристалічному матеріалі фонових або залишкових домішок. Їх концентрація задається, як правило, за допомогою частки або відсотку по масі y i. За величиною y i відповідно до (3.1) можна визначити концентрацію остаточних домішок Сi у стопі. Для розрахунку концентрації легуючої домішки необхідно скласти рівняння електронейтральності, яке можна записати для напівпровідника відповідно n -і р -типу:
n + C тА+ Σ k Aфон CA фон= C тD + Σ k Dфон C тDфон,
C тА + Σ k Aфон C Aфон= р + C тD + Σ k Dфон C тDфон, (3.4)
де kiфон - ефективний коефіцієнт розподілу i-ї фонової домішки; С тA, С тD - концентрації легуючих відповідно акцепторних і донорних домішок в кристалі;
CA , D фон - концентрації фонових відповідно акцепторних і донорних домішок у стопі до початку росту кристала.
Вирази (3.4а) і (3.4б) необхідно пояснити: оскільки у вихідному полікристалічному матеріалі містяться фонові домішки, то при його топленні вони потрапляють у рідку фазу (стоп), тому в твердій фазі (зростаючому монокристалі) їх концентрацію слід враховувати з використанням ефективного коефіцієнта розподілу.
У ході легування монокристалів леткими домішками їх концентрація зменшується внаслідок випаровування. Розрахуємо втрати леткої домішки на етапах, які передують вирощування монокристалу (топлення вихідного завантаження, прогрів і оплавлення затравки, вирощування шийки і т. д.). Рівняння матеріального балансу для взаємодії рідкої і газової фаз коли росту монокристалу немає запишемо так:
dQ dQгаз = 0, (3.5)
де dQ, dQгаз - зміна кількості легуючої домішки відповідно в рідкій і газовій фазах. Вважаючи, що за час dt зміна концентрації домішки в рідкій фазі складе dС, а початковий об’єм стопу V 0 не зміниться, запишемо рівняння матеріального балансу:
V 0 dC + a F (С – С р) dt = 0, (3.6)
де a - лінійний коефіцієнт випаровування (коефіцієнт міжфазної взаємодії); F - площа поверхні випаровування; С – концентрація в даний момент часу t; Ср - рівноважна концентрація домішки у стопі. Враховуючи, що при t = 0 C = C0, після розділення в рівнянні (3.6)
змінних та інтегрування отримаємо його розв’язок:
. (3.7)
Якщо процес вирощування відбувається у вакуумі або в атмосфері інертного газу, то Ср = 0, і вираз (3.7) набуває вигляду
. (3.8)
Вираз (3.8) показує зміну концентрації домішки С 0 у вихідному завантаженні за час витримки t стопу до початку кристалізації, тобто кристал починає рости із стопу, концентрація леткої домішки в якому в 
разів менша за початкову концентрацію С0.
Отже, якщо легуюча або залишкова домішки є леткими, то при розрахунку легування для отримання кристала із заданим значенням питомого опору необхідно в рівняннях електронейтральності (3.4а) і (3.4б) врахувати випаровування домішки із стопу у відповідності до (3.7) або (3.8) на початкових етапах вирощування монокристала.
Взаємозв'язок між концентрацією домішки і питомим опором суттєво ускладнюється, якщо домішки дають глибокі рівні, тобто рівень Фермі розташовується поблизу середини забороненої зони напівпровідників, а концентрація електронів чи дірок має значення, близьке до власної концентрації носіїв заряду. У цьому разі при розрахунку легування за значенням питомого опору визначають концентрацію носіїв заряду, знаходять положення рівня Фермі і ступінь йонізації домішок і, розв’язуючи рівняння електронейтральності, визначають повну концентрацію легуючої домішки.
