對于絕大多數的半導體材料，當其兩端施加一定的偏置電壓時，電子或空穴會在外加電場的作用下進行漂移運動，且漂移速度隨著電場的增加而增大，直到達到飽和漂移速度；然而，對于某一類半導體材料而言，例如n-GaAs，當半導體內部的電場處于某一范圍時，n-GaAs材料會呈現出負微分電導區，電子的平均漂移速度逐漸減小，遷移率則為負值。為什么會出現這種現象？由什么引起？帶著這些疑問，小賽將為大家慢慢解讀。

GaAs材料的能帶結構，可以看出GaAs材料的導帶存在兩個能谷，分別為能谷1和能谷2 ［1］。導帶最低能谷1和價帶頂極值都位于布里淵區中心，在 ［111］ 方向的布里淵區邊界L處還有一個高出約0.29 eV的能谷2，且能谷2的曲率比能谷1小，所以能谷2中電子的有效質量大于能谷1中電子的有效質量；這導致兩個能谷中的電子遷移率有所不同，即能谷2中的電子遷移率比能谷1中的電子遷移率更小。

一般情況下，即溫度不高，電場較弱時，導帶中大部分電子位于能谷1中；而圖1（b）表明，當半導體內電場達到3×103 V/cm時，電子的平均漂移速度開始減小，此時微分電導為負值；這是由于電場達到某一值后，能谷1中電子可以從電場中獲得足夠的能量，使其能被激發到具有更高的能級能谷2中。由于能谷中遷移率的差異性，能谷2中電子的平均漂移速度減小，從而造成負微分電導現象，從而發生能谷間的散射［1］。

除了n-GaAs，n型的磷化銦，碲化鎘，砷化銦以及n型鍺等半導體材料在一定條件下都能產生多能谷散射與負微分電導現象。

另外，對于近幾年受到廣泛關注的寬禁帶半導體材料GaN來說，雖然導帶底能谷與其它能谷能級間的能量差值較大，但是同樣存在多能谷散射與負微分電導現象。

當GaN體內電場達到15 MV/m臨界值時，電子的漂移速度開始出現下降現象，此時的微分電導為負值［2］。同樣，由圖2（b）也可以觀察到，當半導體兩端外加偏壓為50 V的時候，由于多能谷散射造成的負微分電導效應，導致出現電流下降的現象［3］。由此可以充分說明在研究與設計GaN基的半導體器件時，谷間散射是一個影響電導率的不容忽視的因素。

fqj