載流子的擴(kuò)散和漂移

載流子在硅晶體中的運(yùn)動(dòng)最終形成了兩種單獨(dú)的過程：擴(kuò)散和漂移。擴(kuò)散是載流子在任何時(shí)候任何地點(diǎn)都會(huì)發(fā)生的一種隨機(jī)運(yùn)動(dòng)，而漂移是載流子在電場作用下的一種單向運(yùn)動(dòng)。這兩種過程形成了半導(dǎo)體中的傳導(dǎo)。

擴(kuò)散很像布朗運(yùn)動(dòng)。單獨(dú)的載流子在半導(dǎo)體中運(yùn)動(dòng)直到他們撞上晶體結(jié)構(gòu)中的原子。碰撞的過程把載流子拋向不可預(yù)測的角度。經(jīng)過幾次碰撞后，載流子的運(yùn)動(dòng)成為了完完全全的隨機(jī)狀態(tài)。載流子漫無目的地到處亂逛，就像喝醉了的人走路（圖1.7A）。

圖1.7 電子導(dǎo)電機(jī)制的比較：擴(kuò)散（A）和擴(kuò)散形成后的漂移（B）。注意電子是往正電位移動(dòng)的。

載流子在半導(dǎo)體中的擴(kuò)散類似于染料分子在靜水中的擴(kuò)散。當(dāng)一滴很濃的顏料掉進(jìn)水里時(shí)，起初所有的顏料分子只占有一小部分液體。漸漸的分子從高濃度的地方擴(kuò)散到低濃度的地方。最終顏料均勻地?cái)U(kuò)散到了溶液的每一個(gè)地方。類似的，載流子在濃度梯度上的擴(kuò)散產(chǎn)生了一個(gè)擴(kuò)散電流。除非通過某種方法不停的加入更多的載流子，最終擴(kuò)散將均勻地遍布到硅中的每一個(gè)地方，擴(kuò)散電流也衰減了。

載流子在電場的作用下的運(yùn)動(dòng)叫做漂移。盡管載流子還是會(huì)和晶體結(jié)構(gòu)中的原子碰撞并像個(gè)醉漢一樣隨機(jī)運(yùn)動(dòng)，它漸漸地往一個(gè)方向漂移(圖1.7B)。這個(gè)微小的偏向是電場作用的效果。不管載流子往什么方向運(yùn)動(dòng)，電場總是不屈不撓地作用在它上面。如果載流子往電場相反地方向運(yùn)動(dòng)，它的運(yùn)動(dòng)就會(huì)被減速；如果它是順著電場運(yùn)動(dòng)，它會(huì)被加速。頻繁的碰撞阻止了載流子的高速運(yùn)動(dòng)，但形成了一個(gè)總體上很微小的運(yùn)動(dòng)。電子往高電位運(yùn)動(dòng)即使它很慢又不規(guī)律?？昭ㄍ碗娢贿\(yùn)動(dòng)。類似于鋼球在pinball機(jī)器里的漂移運(yùn)動(dòng)。盡管緩沖器和釘子會(huì)使球轉(zhuǎn)向任何方向，板子的傾斜最終使它向下運(yùn)動(dòng)。同樣的，電場使載流子往一個(gè)特定的方向運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生了一個(gè)漂移電流。