載流子的擴散和漂移
載流子在硅晶體中的運動最終形成了兩種單獨的過程:擴散和漂移。擴散是載流子在任何時候任何地點都會發(fā)生的一種隨機運動,而漂移是載流子在電場作用下的一種單向運動。這兩種過程形成了半導體中的傳導。
擴散很像布朗運動。單獨的載流子在半導體中運動直到他們撞上晶體結(jié)構(gòu)中的原子。碰撞的過程把載流子拋向不可預測的角度。經(jīng)過幾次碰撞后,載流子的運動成為了完完全全的隨機狀態(tài)。載流子漫無目的地到處亂逛,就像喝醉了的人走路(圖1.7A)。
圖1.7 電子導電機制的比較:擴散(A)和擴散形成后的漂移(B)。注意電子是往正電位移動的。
載流子在半導體中的擴散類似于染料分子在靜水中的擴散。當一滴很濃的顏料掉進水里時,起初所有的顏料分子只占有一小部分液體。漸漸的分子從高濃度的地方擴散到低濃度的地方。最終顏料均勻地擴散到了溶液的每一個地方。類似的,載流子在濃度梯度上的擴散產(chǎn)生了一個擴散電流。除非通過某種方法不停的加入更多的載流子,最終擴散將均勻地遍布到硅中的每一個地方,擴散電流也衰減了。
載流子在電場的作用下的運動叫做漂移。盡管載流子還是會和晶體結(jié)構(gòu)中的原子碰撞并像個醉漢一樣隨機運動,它漸漸地往一個方向漂移(圖1.7B)。這個微小的偏向是電場作用的效果。不管載流子往什么方向運動,電場總是不屈不撓地作用在它上面。如果載流子往電場相反地方向運動,它的運動就會被減速;如果它是順著電場運動,它會被加速。頻繁的碰撞阻止了載流子的高速運動,但形成了一個總體上很微小的運動。電子往高電位運動即使它很慢又不規(guī)律??昭ㄍ碗娢贿\動。類似于鋼球在pinball機器里的漂移運動。盡管緩沖器和釘子會使球轉(zhuǎn)向任何方向,板子的傾斜最終使它向下運動。同樣的,電場使載流子往一個特定的方向運動,產(chǎn)生了一個漂移電流。
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