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载流子迁移率概念

已有 3782 次阅读| 2015-8-28 14:28

引用：http://baike.baidu.com/link?url=A4_2K7PY7ntuEv_p7PkvsFHPu4w5_HIGmoxUUeeC80Xge8IZ6lZQjMnSdDQlsDFkm3ej9VbwEx8VVN_5PnT9La

迁移率是指载流子（电子和空穴）在单位电场作用下的平均漂移速度，即载流子在电场作用下运动速度的快慢的量度。更微观的定义是

是载流子有效质量，

电子碰撞时间间隔。电子运动速度等于迁移率乘以电场强度

，也就是说相同的电场强度下，载流子迁移率越大，运动得越快；迁移率小，运动得慢。同一种半导体材料中，载流子类型不同，迁移率不同，一般是电子的迁移率高于空穴。如室温下，低掺杂硅材料中，电子的迁移率为1350

(很明显用公式排版不好看，建议百度改进)，而空穴的迁移率仅为480cm^2/(VS)。

迁移率主要影响到晶体管的两个性能：

一是载流子浓度一起决定半导体材料的电导率（电阻率的倒数）的大小。迁移率越大，电阻率越小，通过相同电流时，功耗越小，电流承载能力越大。由于电子的迁移率一般高于空穴的迁移率，因此，功率型MOSFET通常总是采用电子作为载流子的n沟道结构，而不采用空穴作为载流子的p沟道结构。

二是影响器件的工作频率。双极晶体管频率响应特性最主要的限制是少数载流子渡越基区的时间。迁移率越大，需要的渡越时间越短，晶体管的截止频率与基区材料的载流子迁移率成正比，因此提高载流子迁移率，可以降低功耗，提高器件的电流承载能力，同时，提高晶体管的开关转换速度。

一般来说P型半导体的迁移率是N型半导体的1/3到1/2.。

迁移率是衡量半导体导电性能的重要参数，它决定半导体材料的电导率，影响器件的工作速度。已有很多文章对载流子迁移率的重要性进行研究，但对其测量方法却少有提到。本文对载流子测量方法进行了小结。迁移率 μ 的相关概念在半导体材料中，由某种原因产生的载流子处于无规则的热运动，当外加电压时，导体内部的载流子受到电场力作用，做定向运动形成电流，即漂移电流，定向运动的速度成为漂移速度，方向由载流子类型决定。在电场下，载流子的平均漂移速度v 与电场强度E 成正比为：

v=μE

式中 μ 为载流子的漂移迁移率，简称迁移率，表示单位电场下载流子的平均漂移速度，单位是 m2/Vs 或 cm2/Vs。

迁移率是反映半导体中载流子导电能力的重要参数，同样的掺杂浓度，载流子的迁移率越大，半导体材料的导电率越高。迁移率的大小不仅关系着导电能力的强弱，而且还直接决定着载流子运动的快慢。它对半导体器件的工作速度有直接的影响。

电导率和迁移率之间的关系为

。也就是在一定的电子浓度n 和电荷量的情况下，电子迁移率和电导率是正相关的。[1]

在恒定电场的作用下，载流子的平均漂移速度只能取一定的数值，这意味着半导体中的载流子并不是不受任何阻力，不断被加速的。事实上，载流子在其热运动的过程中，不断地与晶格、杂质、缺陷等发生碰撞，无规则的改变其运动方向，即发生了散射。无机晶体不是理想晶体，而有机半导体本质上既是非晶态，所以存在着晶格散射、电离杂质散射等，因此载流子迁移率只能有一定的数值。