半导体

载流子浓度

/ KAIR-ee-er kon-sen-TRAY-shun /

设想衡量一条路有多繁忙——不是看某辆车跑得多快,而仅仅看每一段路上挤了多少辆车。载流子浓度就是半导体内部那些移动电荷的“点人头”:在每单位体积里,能找到多少自由电子,或多少空穴。

具体说,载流子浓度就是材料里每立方厘米或每立方米中可移动电子(或空穴)的数目。它由两件事决定:温度,即便在纯材料中也会摇松一些电子—空穴对;以及掺杂,它添加某一种选定类型的载流子。半导体的导电能力等于这个数目乘以每个载流子能跑多快,所以知道浓度是预测器件导电能力的第一步。

载流子浓度之所以重要,是因为它正是工程师真正去拧的那个旋钮:通过选择掺杂的轻重,他们能把载流子数目设定在一个极宽的范围内。一个有用的提醒是:载流子越多并不自动越好——重掺杂提高导电能力,却也加剧散射和不想要的复合,因此真实设计要在浓度、载流子速度与器件行为之间权衡。

室温下的纯硅,每立方厘米只有约一百亿个可移动载流子——听着不少,但像铜这样的金属大约要多上十万亿倍。适度掺杂就能把硅的载流子浓度提升上百万倍。

掺杂让工程师能在好几个数量级的范围内调节载流子数目。

在任何处于平衡态的半导体中,电子浓度与空穴浓度的乘积是一个固定值,只取决于温度和带隙。因此,掺杂提高一种载流子,就会压低另一种——二者并不独立。

又称
carrier density载流子密度