載流子的漂移運動是指沿著外加電場的方向、疊加在熱運動之上的一種附加運動,該附加運動的速度分量平均值就是漂移速度。一般,載流子的漂移速度總是小於其熱運動速度,最大也只能接近於熱運動速度(~107cm/s)。因為在電場E的作用下,動量弛豫時間為τ的載流子的加速度為a = q E / m*,行走距離為S = aτ2 / 2 = q Eτ2 / 2 m*,則平均漂移速度等於vd = S /τ = q Eτ/ 2 m*。
表征漂移運動的重要參量是遷移率μ,定義為μ= vd / |E| ,從而有μ= qτ/ m* [cm/V-s] 。只有在低電場、歐姆定律成立的情況下,漂移速度正比於電場強度,遷移率才為常數(這時電子在主能谷中漂移)。
實際上,在強電場時,電子將成為具有高能量的熱電子——動能高於平均熱運動能量kT的電子,致使載流子的漂移速度與電場的關係比較複雜。對n型GaAs等雙能谷半導體,熱電子將由有效質量較小的主能谷往有效質量較大的次能谷躍遷,則出現負電阻;在更強電場時,次能谷中高能量熱電子還將與光學波聲子散射而損失能量,致使漂移速度飽和(漂移速度vd 趨於熱運動速度)。對於n-Si,因為導帶不存在雙能谷,所以熱電子僅在主能谷中通過與光學波聲子散射而損失能量,使漂移速度達到飽和(vs),則不出現負電阻。
對各種半導體中的空穴,因為價帶都不存在次能谷,故空穴漂移速度與電場的關係曲線都不會出現負電阻段。
由此可以想見,如果要利用半導體的負電阻來工作的話(例如Gunn二極體),那么就應該選用n型GaAs等具有雙能谷的半導體材料。
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半導體物理釋義 物理釋義