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閱讀：183發(fā)布時(shí)間：2024-7-22
半導(dǎo)體中電子的運(yùn)動(dòng)
半導(dǎo)體導(dǎo)帶中的傳導(dǎo)電子并不與任何特殊晶格或施主位置結(jié)合，因此基本上它們是屬于自由粒子。在熱平衡下，一個(gè)傳導(dǎo)電子存在熱運(yùn)動(dòng)(速度vth)。在室溫下，硅及砷化鎵中的電子熱運(yùn)動(dòng)速度約為10E7cm/s。
半導(dǎo)體中的電子會(huì)在所有的方向作快速移動(dòng)，如下圖所示。
當(dāng)一個(gè)小電場(chǎng)E施加于半導(dǎo)體樣品上時(shí)，每一個(gè)電子會(huì)從電場(chǎng)上受到一個(gè)qE的作用力，碰撞時(shí)，沿電場(chǎng)的反方向加速。因此，一個(gè)額外的速度成分將再加到熱運(yùn)動(dòng)的電子上，此額外速度成分稱為漂移速度(drift velocity)。
一個(gè)電子由于隨機(jī)熱運(yùn)動(dòng)及漂移成分兩者所造成的位移如下圖所示。
需要注意的是，電子的凈位移與施加的電場(chǎng)方向相反（因?yàn)殡娮訋ж?fù)電荷）。
這種在外電場(chǎng)作用下載流子的定向運(yùn)動(dòng)稱為漂移運(yùn)動(dòng)。
下圖(a)為一n型半導(dǎo)體及其在熱平衡狀態(tài)下的能帶圖。圖(b)為一電壓施加在右端時(shí)所對(duì)應(yīng)的能帶圖。
假設(shè)左端及右端的接觸面均為歐姆接觸，在外加電場(chǎng)的影響下，載流子的運(yùn)輸會(huì)產(chǎn)生電流，稱為漂移電流(drift current)。
(7)霍耳效應(yīng)
在一個(gè)半導(dǎo)體中，載流子的濃度可能不同于雜質(zhì)的濃度，因?yàn)殡婋x的雜質(zhì)濃度與溫度以及雜質(zhì)能級(jí)有關(guān)。而直接測(cè)量載流子濃度的方法為霍耳效應(yīng)?；舳鷾y(cè)量也是能夠展現(xiàn)出空穴以帶電載流子方式存在的最令人信服的方法之一，因?yàn)闇y(cè)量本身即可直接判別出載流子的型態(tài)。
測(cè)量方法：考慮對(duì)一個(gè)p型半導(dǎo)體樣品施加沿x軸方向的電場(chǎng)及沿z軸方向的磁場(chǎng)，如圖所示。
由于磁場(chǎng)作用產(chǎn)生的洛倫茲力qv×B(=qvxBz)將會(huì)對(duì)在x軸方向流動(dòng)的空穴施以一個(gè)向上的力，這將造成空穴在樣品上方堆積，并因而產(chǎn)生一個(gè)向下的電場(chǎng)Ey 。
一旦電場(chǎng)Ey變得與vxBz相等，空穴在x軸方向漂移時(shí)就不會(huì)受到一個(gè)沿y軸方向的凈力。此電場(chǎng)的建立即為霍耳效應(yīng)。上式中的電場(chǎng)稱之為霍耳電場(chǎng)，兩端電壓VH=EyW稱為霍耳電壓。
(8)雪崩過(guò)程 (avalanche process)：
當(dāng)半導(dǎo)體中的電場(chǎng)增加到超過(guò)某一定值時(shí)，載流子將得到足夠的動(dòng)能來(lái)通過(guò)雪崩過(guò)程產(chǎn)生電子–空穴對(duì)，如下圖所示。
考慮一個(gè)在導(dǎo)帶中的電子1，假設(shè)電場(chǎng)足夠高，此電子可在晶格碰撞之前獲得動(dòng)能。當(dāng)與晶格碰撞時(shí)，電子消耗大部分動(dòng)能使化學(xué)鍵斷裂，也就是將一個(gè)價(jià)電子從價(jià)帶電離至導(dǎo)帶，因而產(chǎn)生一個(gè)電子–空穴對(duì)2與2′。產(chǎn)生的電子–空穴對(duì)在電場(chǎng)中開始被加速并與晶格發(fā)生碰撞，它們將產(chǎn)生其他電子–空穴對(duì)，如3與3′和4與4′，依此類推，這個(gè)過(guò)程稱為雪崩過(guò)程，亦稱碰撞電離(impact ionization)過(guò)程，它將導(dǎo)致p–n結(jié)的結(jié)擊穿(junction breakdown)。
結(jié)擊穿后，半導(dǎo)體導(dǎo)電性將發(fā)生改變，不再具有半導(dǎo)體相關(guān)特性，器件失效。
關(guān)于半導(dǎo)體的知識(shí)這一節(jié)先介紹這么多，更多的知識(shí)會(huì)在后面的章節(jié)中進(jìn)一步講解！
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