來(lái)源：功率半導(dǎo)體器件

半導(dǎo)體中電子和空穴運(yùn)動(dòng)方式有很多種，比如熱運(yùn)動(dòng)引起的布朗運(yùn)動(dòng)、電場(chǎng)作用下的漂移運(yùn)動(dòng)和由濃度梯度引起的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)等等。它們都對(duì)半導(dǎo)體的導(dǎo)電性造成不同的影響，但最終在半導(dǎo)體中產(chǎn)生電流的只有漂移運(yùn)動(dòng)和擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)。在此匯總集中介紹一下半導(dǎo)體中載流子的運(yùn)動(dòng)。

電離和復(fù)合

嚴(yán)格意義講，電子與空穴的電離和復(fù)合并不可以認(rèn)為是載流子的運(yùn)動(dòng)，這只是載流子的產(chǎn)生和消失。在這里之所以討論是因?yàn)殡娮雍涂昭ǖ碾婋x和復(fù)合是會(huì)影響載流子的漂移和擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)。

半導(dǎo)體中，本征激發(fā)和雜質(zhì)電離總是同時(shí)存在的，二者所產(chǎn)生的載流子沒(méi)辦法通過(guò)具體計(jì)算模型進(jìn)行區(qū)分，只是在外界環(huán)境溫度或其他條件下所占的比例不同。電子-空穴對(duì)的產(chǎn)生稱(chēng)為電離，電子-空穴對(duì)的消失稱(chēng)為復(fù)合。電離和復(fù)合在半導(dǎo)體中總是不斷地發(fā)生，只要半導(dǎo)體處于熱運(yùn)動(dòng)中，二者總是向彼此平衡地情況發(fā)展。

布朗運(yùn)動(dòng)

電子和空穴的熱運(yùn)動(dòng)稱(chēng)為布朗運(yùn)動(dòng)。因熱能(相對(duì)絕對(duì)0K)的存在，電子和空穴具有一定的動(dòng)能而一直處于不斷的運(yùn)動(dòng)，但是熱運(yùn)動(dòng)的方向是完全隨機(jī)的，故而在這樣的情況下，每個(gè)載流子對(duì)半導(dǎo)體中電流的總貢獻(xiàn)為0。在摻雜均勻且沒(méi)有外電場(chǎng)下，每次載流子碰撞后的新的運(yùn)動(dòng)方向都是隨機(jī)的，在對(duì)所有時(shí)間內(nèi)電子的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行平均，電子在任何一個(gè)方向都沒(méi)有位移。即產(chǎn)生的凈電流為0。

當(dāng)電子和空穴在晶格中運(yùn)動(dòng)時(shí)，它們不停地與晶格中的其它原子碰撞，使它們的運(yùn)動(dòng)偏離、減速或加速。兩次碰撞之間的平均距離稱(chēng)為平均自由程。它取決于晶格的質(zhì)量，即摻雜原子的濃度和晶格缺陷。

漂移運(yùn)動(dòng)

給半導(dǎo)體兩側(cè)加一個(gè)電場(chǎng)，帶負(fù)電的電子和帶正電的空穴在電場(chǎng)作用下朝相反的方向做加速運(yùn)動(dòng)。這就在一個(gè)足夠長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)，存在了電荷的凈移動(dòng)，即漂移運(yùn)動(dòng)，形成了電流。因此在外電場(chǎng)作用下，載流子的凈移動(dòng)稱(chēng)為漂移運(yùn)動(dòng)，由此產(chǎn)生的電流稱(chēng)為漂移電流。

漂移速度和外加電場(chǎng)呈正比，因電子和空穴的有效質(zhì)量不同，故而電子和空穴在相同電場(chǎng)下的運(yùn)動(dòng)速度不同。定義空穴遷移率為單位電場(chǎng)下空穴的漂移速度，電子遷移率為單位電場(chǎng)下的電子漂移速度，即：

v為電子和空穴的漂移速度，ε電場(chǎng)強(qiáng)度。

漂移運(yùn)動(dòng)受半導(dǎo)體的溫度和半導(dǎo)體的摻雜程度影響較大。以Si為例，Si中電子遷移率隨溫度和摻雜濃度變化的情況，摻雜濃度越高，電子遷移率越低；低摻雜濃度下，電子遷移率隨溫度升高而降低。這都是因?yàn)閾诫s濃度高、溫度高會(huì)加劇載流子碰撞，散射增強(qiáng)。

電流密度的定義是單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)單位面積的電荷數(shù)量，所以漂移電流密度即

其中電導(dǎo)率

擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)

因?yàn)檩d流子在半導(dǎo)體中分布不均勻而產(chǎn)生的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，由此形成的電流稱(chēng)為擴(kuò)散電流。從結(jié)果上看，載流子總是從高濃度區(qū)域往低濃度區(qū)域流動(dòng)，因此稱(chēng)為擴(kuò)散（Diffusion）

所以因擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的擴(kuò)散電流的電流密度就是：

Dp和Dn為空穴和電子的擴(kuò)散系數(shù)，dp/dx、dn/dx為濃度梯度。

所以綜合考慮半導(dǎo)體中的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)和漂移運(yùn)動(dòng)，空穴電流密度和電子電流密度和總電流密度就是：

載流子的擴(kuò)散系數(shù)數(shù)值反映了載流子擴(kuò)散能力的大小，而遷移率就反映了半導(dǎo)體中載流子在電場(chǎng)作用下做定向運(yùn)動(dòng)的難易程度。

漂移和擴(kuò)散兩種運(yùn)動(dòng)，都受到載流子在能帶中所經(jīng)歷的碰撞的影響，所以擴(kuò)散系數(shù)D和遷移率μ之間存在一種固定數(shù)學(xué)關(guān)系，稱(chēng)為愛(ài)因斯坦關(guān)系式：