半導體

載流子濃度

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設想衡量一條路有多繁忙——不是看某輛車跑得多快,而僅僅看每一段路上擠了多少輛車。載流子濃度就是半導體內部那些移動電荷的「點人頭」:在每單位體積裡,能找到多少自由電子,或多少空穴。

具體說,載流子濃度就是材料裡每立方厘米或每立方米中可移動電子(或空穴)的數目。它由兩件事決定:溫度,即便在純材料中也會搖鬆一些電子—空穴對;以及摻雜,它添加某一種選定類型的載流子。半導體的導電能力等於這個數目乘以每個載流子能跑多快,所以知道濃度是預測器件導電能力的第一步。

載流子濃度之所以重要,是因為它正是工程師真正去擰的那個旋鈕:通過選擇摻雜的輕重,他們能把載流子數目設定在一個極寬的範圍內。一個有用的提醒是:載流子越多並不自動越好——重摻雜提高導電能力,卻也加劇散射和不想要的復合,因此真實設計要在濃度、載流子速度與器件行為之間權衡。

室溫下的純矽,每立方厘米只有約一百億個可移動載流子——聽著不少,但像銅這樣的金屬大約要多上十萬億倍。適度摻雜就能把矽的載流子濃度提升上百萬倍。

摻雜讓工程師能在好幾個數量級的範圍內調節載流子數目。

在任何處於平衡態的半導體中,電子濃度與空穴濃度的乘積是一個固定值,只取決於溫度和能隙。因此,摻雜提高一種載流子,就會壓低另一種——二者並不獨立。

又稱
carrier density载流子密度