自由電子模型

遷移率

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想像用一陣穩定的風把一群人推過一片空地,再問他們順風漂移得有多快:地面空曠,他們就走得輕快;地面泥濘,就慢得像爬。遷移率衡量的,正是材料中載流子的同一件事——給定一份電的推力,你能換來多大的漂移速度。

確切地說,遷移率是單位電場下電子獲得的漂移速度:遷移率高,意味著哪怕一份溫柔的電場,也能讓載流子飛快地溜起來。它取決於載流子在兩次碰撞之間能滑行多久,以及它「表現得」有多重,所以越乾淨、越冷、阻礙越少的材料,往往遷移率越高。把遷移率乘以載流子的數目,就得到電導率。

它在半導體和電晶體裡最為要緊,那裡遷移率高就意味著元件更快、更省電。要誠實地補一句:遷移率並不等於載流子真正的速度——那些電子本就在以極高的速度隨機狂奔。遷移率描述的,只是在那股狂亂運動之上,電場哄出來的那一點點穩定漂移。

電子在純淨的矽裡穿行,要比在塞滿雜質的矽裡靈活好幾倍。晶片廠商一直在追求越來越高的遷移率——而像砷化鎵或石墨烯這類材料,載流子在其中漂移得格外自如,開關速度能比普通的矽更快。

更純淨的晶體讓載流子遷移率更高,用它們做的晶片開關也更快。

遷移率描述的是單個載流子的「回應快慢」;電導率則是遷移率乘以載流子的數目。一種材料完全可以遷移率很高,卻因為載流子太少而導電很差——輕摻雜的半導體正是這種情形。

又稱
carrier mobilityμ载流子迁移率載流子遷移率