第四节载流子输运第四节载流子输运
• 半导体中载流子的运动
由于导带中的电子和价带中的空穴能够运动到半导体的晶
格的任何一个角落，因而从这个意义上讲它们是自由载流格的任何 个角落 因而从这个意义 讲它们是自由载流
子。在大多数情况下能够充分描述载流子运动的方法是将
每个载流子运动简单地看成具基于随机方向的热运动，且每个载流子运动简单地看成具基于随机方向的热运动，且
有一定速率。载流子在与晶格原子碰撞前在随机方向上走
过的距离叫做散射长度。一旦碰撞发生，载流子就朝着另过的距离叫做散射长度。 旦碰撞发生，载流子就朝着另
外一个方向运动。
载流子的速率有晶格的温度决定 某 温度T下 半导体载流子的速率有晶格的温度决定。某一温度T下，半导体
晶体中载流子以平均动能1/2mv2运动。热速率是载流子的
平均速率 实际上在热速率附近载流子的速率有 定的分平均速率，实际上在热速率附近载流子的速率有一定的分
布，一些载流子的速率大，一些则小。（看动画1）
• 尽管半导体中的载流子始终作无规则运动• 尽管半导体中的载流子始终作无规则运动，
然而除非有浓度梯度或者电场的存在，否则载
流子是 有净运动的 由 载流子运动向每个流子是没有净运动的。由于载流子运动向每个
方向的几率都是相同的，因此载流子在某一方方向的几率都是相同的 因 载流子在某 方
向上的运动必然最终被相反方向载流子的运动
平衡平衡。
• 在动画2中，载流子运动的距离等于散射长度。
和晶格原子碰撞后，载流子再次向随机方向运
动 此模拟共有50个散射点 即便只有如此少动。此模拟共有50个散射点。即便只有如此少
数量的碰撞，载流子的净运动都是非常细微。
• 扩散
如果半导体的某一特定区域内载流子的浓度比另一区域
高 则持续不停的载流子随机运动会导致净运动 当这个高，则持续不停的载流子随机运动会导致净运动。当这个
运动发生时，高浓度与低浓度区域间存在载流子的浓度梯
度 载流子从高浓度区域流向低浓度区域 这种载流子的度。载流子从高浓度区域流向低浓度区域，这种载流子的
流动叫做“扩散”，是由载流子的随机运动造成的。
扩散机制：在半导体所有区域中，载流子运动到任何特
定方向的几率都是相同的。高浓度区域附近，大量的载流定方向的几率都是相同的。高浓度区域附近，大量的载流
子流向各个方向，包括流向低浓度方向。然而，低浓度区
域载流子数量少 意味着相对较少的载流子流向高浓度区域载流子数量少，意味着相对较少的载流子流向高浓度区
域。这种载流子运动的不平衡，造成净载流子从高浓度区
域流向低浓度区域 （见动画 ）域流向低浓度区域。（见动画3）
• 扩散的速率决定于载流子运动速率以及两次• 扩散的速率决定于载流子运动速率以及两次
碰撞之间走过的距离。由于提高温度可以增加
载流子的热速率，那么也可以加快扩散的速度。
• 扩散的最主要效应是不需要外力附加到器件• 扩散的最主要效应是不需要外力附加到器件
上，就能均衡器件中载流子的浓度（诸如由于
产生和复合引起的）。
• 动画4 动画中器件的一个区域具有高浓度的• 动画4，动画中器件的 个区域具有高浓度的
电子，另一个区域具有高浓度的空穴。纯粹由
于载流子的随机运动，这两种载流子会在各个
区域均匀化。区域均匀化。
• 漂移
在电场的作用下，带电载流子的随机运动会
呈现出一定的方向性 在缺乏电场作用的情形呈现出一定的方向性。在缺乏电场作用的情形
下，载流子在随机的方向上可以以一定速率行
进确定的距离。然而，有电场作用的情况下，
在随机方向以及热运动速率上会附加一个定向在随机方向以及热运动速率 会附加 个定向
的加速度，如果这个载流子是空穴，那么加速
度方向和电场方向一致 如果是电子 则相反度方向和电场方向一致，如果是电子，则相反。
这种给定方向的加速，会导致载流子的净向
移动（见动画5）. 载流子最终运动方向取决于
热运动和电场作用的矢量和。热运动和电场作用的矢量和。
• 漂移：由于载流子在电场中的运动而引起的输运。
漂移是输运的一种，它不仅发生在半导体材料中，
也同样发生在金属中也同样发生在金属中。
• 动画6展示了电场作用和无电场作用下，载流子
（电子）在随机方向上的运动。由于电子带有负电
荷，因此它倾向于向电场相反方向运动。注意大多荷 因 它倾向于向电场相反方向 动 注意大多
数情况下，电子朝着电场的相反方向运动。一些情
况 例如如果电子沿着电场的方向做了一系列运动况，例如如果电子沿着电场的方向做了一系列运动，
净运动实际上可能沿电场方向运动了一小段距离。
• 动画7展示了本征半导体中电子和空穴的运动。无
电场作用下，电子和空穴在半导体中随机运动；电电场作用下，电子和空穴在半导体中随机运动；电
场作用下，电子和空穴向相反方向运动。
本文档为【第四节 载流子输运】，请使用软件OFFICE或WPS软件打开。作品中的文字与图均可以修改和编辑，
图片更改请在作品中右键图片并更换，文字修改请直接点击文字进行修改，也可以新增和删除文档中的内容。
该文档来自用户分享，如有侵权行为请发邮件ishare@vip.sina.com联系网站客服，我们会及时删除。
[版权声明] 本站所有资料为用户分享产生，若发现您的权利被侵害，请联系客服邮件isharekefu@iask.cn，我们尽快处理。
本作品所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权，请谨慎使用。
网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽..)目的在于配合国家政策宣传，仅限个人学习分享使用，禁止用于任何广告和商用目的。
浙公网安备 33021202002483