半导体中载流子的运动

概述

1. 载流子在半导体晶格内自由移动，沿随机方向保持一定速度，这个速度由载流子的温度和质量所决定。
2. 载流子将持续朝该方向移动，直到与半导体晶格原子发生碰撞（散射）。
3. 在平衡状态下，载流子在任何方向上都没有净整体运动。

导带中的电子和价带中的空穴被认为是“自由”载流子，因为它们可以在由晶体结构材料组成的半导体晶格中任意移动。我们对载流子运动的描述为每个载流子以一定速度沿随机方向移动，这种描述很简单，但在大多数情况下已经足够了。

载流子在与晶格原子碰撞之前会沿该随机方向移动一段距离，称之为散射长度。一旦发生碰撞（散射事件），载流子就会以不同的随机方向继续移动。

载流子在原子间散射的运动模型

载流子的速度取决于晶格的温度。热速度是载流子的平均速度。载流子的热速度通常该平均热速度周围分布。因此，有些载体具有较大的速度，有些则较低。

除了下面几节将讨论的某些情况，载流子在任何方向上都不会发生净移动。载流子运动在每个方向的可能性是相同的，因此载流子在某个方向上的运动最终将被其在相反方向上的运动抵消。在下面的动画中，载流子在与晶格原子碰撞之前沿随机方向移动了相当于散射距离的长度（为清楚起见，未显示晶格原子）。经晶格原子散射后，载流子再次沿随机方向移动。以下动画中有 5000 个散射事件。

尽管半导体中的载流子不断地随机运动，但除非存在浓度梯度或者电场，否则载流子不会发生净运动，这将在下一节中讨论。