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漂移電流
編輯在凝聚態物理學和電化學中,漂移電流是電流或電荷載流子的移動,這是由于施加的電場引起的,通常表示為給定距離內的電動勢。 當在半導體材料上施加電場時,由于電荷載流子的流動而產生電流。
漂移速度是漂移電流中載流子的平均速度。 漂移速度和產生的電流以遷移率為特征; 有關詳細信息,請參閱電子遷移率(對于固體)或電遷移率(對于更一般的討論)。
有關將漂移電流、擴散電流以及載流子生成和復合合并為一個方程的方式,請參見漂移擴散方程。
概覽
編輯漂移電流是由電場牽引的粒子引起的電流。 該術語最常用于半導體中的電子和空穴,盡管相同的概念也適用于金屬、電解質等。
漂移電流是由電力引起的:帶電粒子被電場推動。 帶負電的電子被推向與電場相反的方向,而空穴被推向與電場相同的方向,但在這兩種情況下,產生的常規電流都指向與電場相同的方向。
如果在真空中對電子施加電場,電子將加速得越來越快,幾乎呈直線。 漂移電流看起來與近距離觀察非常不同。 通常,電子在所有方向上隨機移動(布朗運動),當它們與晶界或其他干擾碰撞時經常改變方向。 在碰撞之間,電場會在一個方向上巧妙地加速它們。 因此,隨著時間的推移,它們平均以漂移速度移動,但在任何時刻,電子都以(通常快得多的)熱速度移動。
漂移電流的大小取決于載流子的濃度及其在材料或介質中的遷移率。
漂移電流與擴散電流
漂移電流經常與擴散電流同時出現; 下表比較了兩種形式的電流:
p-n 結二極管中的漂移電流
編輯在 p-n 結二極管中,電子和空穴分別是 p 區和 n 區中的少數載流子。 在無偏置結中,由于電荷載流子的擴散,從 p 區流向 n 區的擴散電流與相等且相反的漂移電流完全平衡。 在偏置 p-n 結中,漂移電流與偏置無關,因為少數載流子的數量與偏置電壓無關。 但由于可以熱生成少數載流子,因此漂移電流取決于溫度。
當在半導體材料上施加電場時,電荷載流子達到一定的漂移速度。 這種電荷載流子運動的組合效應構成了稱為漂移電流的電流。 由于自由電子和空穴等電荷載流子引起的漂移電流密度是通過垂直于流動方向的平方厘米區域的電流。
(i) 由于自由電子,漂移電流密度 Jn 由下式給出:
J n = q n μ n E ( A / c m 2 ) {\displaystyle J_{n}=qn\mu _{n}E\quad (A/cm{2})}
(ii) 漂移電流密度 Jp,由于孔由下式給出:
J p = q p μ p E ( A / c m 2 ) {\displaystyle J_{p}=qp\mu _{p}E\quad (A/cm{2})}
其中:n——每立方厘米的自由電子數。
p - 每立方厘米的孔數
μ n {\displaystyle \mu _{n}} – c m 2 / V s {\displaystyle cm{2}/Vs} 中的電子遷移率
μ p {\displaystyle \mu _{p}} – c m 2 / V s {\displaystyle cm{2}/Vs} 中空穴的遷移率
E – 外加電場強度 V /cm
q – 電子電荷 = 1.6 × 10?19 庫侖。[1]
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