來源：功率半導(dǎo)體器件

半導(dǎo)體中電子和空穴運動方式有很多種，比如熱運動引起的布朗運動、電場作用下的漂移運動和由濃度梯度引起的擴散運動等等。它們都對半導(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動和擴散運動。在此匯總集中介紹一下半導(dǎo)體中載流子的運動。

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)為是載流子的運動，這只是載流子的產(chǎn)生和消失。在這里之所以討論是因為電子和空穴的電離和復(fù)合是會影響載流子的漂移和擴散運動。

半導(dǎo)體中，本征激發(fā)和雜質(zhì)電離總是同時存在的，二者所產(chǎn)生的載流子沒辦法通過具體計算模型進行區(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-空穴對的產(chǎn)生稱為電離，電子-空穴對的消失稱為復(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)體處于熱運動中，二者總是向彼此平衡地情況發(fā)展。

布朗運動

電子和空穴的熱運動稱為布朗運動。因熱能(相對絕對0K)的存在，電子和空穴具有一定的動能而一直處于不斷的運動，但是熱運動的方向是完全隨機的，故而在這樣的情況下，每個載流子對半導(dǎo)體中電流的總貢獻為0。在摻雜均勻且沒有外電場下，每次載流子碰撞后的新的運動方向都是隨機的，在對所有時間內(nèi)電子的運動進行平均，電子在任何一個方向都沒有位移。即產(chǎn)生的凈電流為0。

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

漂移運動

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

漂移速度和外加電場呈正比，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下的運動速度不同。定義空穴遷移率為單位電場下空穴的漂移速度，電子遷移率為單位電場下的電子漂移速度，即：

v為電子和空穴的漂移速度，ε電場強度。

漂移運動受半導(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。這都是因為摻雜濃度高、溫度高會加劇載流子碰撞，散射增強。

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

其中電導(dǎo)率

擴散運動

因為載流子在半導(dǎo)體中分布不均勻而產(chǎn)生的擴散運動，由此形成的電流稱為擴散電流。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，因此稱為擴散（Diffusion）

所以因擴散運動而產(chǎn)生的擴散電流的電流密度就是：

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

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

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

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