半导体中载流子的扩散

粒子在扩散中的运动本身还是一种无规的热运动，只是在粒子浓度分布不均匀时，大量粒子热运动的统计平均在表观上体现为粒子从高浓度区域向低浓度区域的净流动，即扩散。对扩散早已有物理定律(菲克第一定律）：某种粒子的扩散通量(单位时间通过单位截面积的扩散粒子数)正比于该粒子的浓度梯度值。该比例系数称为扩散系数，记为D,其单位为cm2/s。如前所述，不仅电子，空穴也可看作为一种粒子，会发生扩散并遵循扩散定律。 　　

载流子扩散系数D与其在漂移运动中的迁移率同受材料内部各种散射影响，相互似应有联系。这个关系由爱因斯坦从理论上找到了 ！ 　

限于篇幅，这里不能重列爱因斯坦精彩的演绎过程，但让我们共享一下他的思路，其中对我们理解光伏原理也颇有相通之处:考虑无外场条件下一块半导体内部载流子的扩散。 　　

我们知道平衡条件下材料内部是处处保持电中性的，即其中各种电荷，包括两种载流子和杂质离子的电荷，全部相互平衡抵消，而一旦载流子的扩散发生，而与之平衡的杂质离子却不能跟随，这种平衡即被打破，扩散发生的区域就会积累电荷，形成电场，这个电场又要驱动载流子的漂移，不难理解这个驱动的方向一定是抵抗载流子进一步扩散的，而且其强度随扩散进行而增大，直到能够完全阻止载流子净流动——因为这块材料上本没有电流。这种阻止在微观上就是载流子扩散流量与其反向漂移流量相等。 　　

爱因斯坦以此建立了一个方程；电场的形成同时还造成材料内部相关区域电位变化，给载流子带来附加静电势能，影响载流子的平衡浓度分布式,依此可建立第二个方程。 　　

以后我们会看到，不仅是上述关系，半导体pn结功能的原理和理论处理，包括太阳能发电原理，其实皆源于同样思路。 　　

粒子扩散时的无规热运动只是在分布不均匀的情况下，即为扩散。载流的扩散运动都是互相有影响互相有联系的。

更新时间：2015-5-30 11:18:42
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