关于半导体中的热载流子介绍

[拼音]：bandaoti zhong de rezailiuzi

[外文]：hot carriers in semiconductors

在强电场作用下，半导体中载流子的平均动能显著超过热平衡载流子的平均动能。这种被显著加热了的载流子称为热载流子。有关现象通常称热电子现象。

在电场中，载流子一方面从电场获得能量，另一方面通过碰撞把所获得的能量传递给点阵。在稳态下，载流子由电场获得能量的速率应等于把能量传递给点阵的速率。显然，只有在载流子的平均动能超过其热平衡平均动能时，后者才不为零；而且超过得愈多，后者就愈大。所以在电场下载流子的平均动能应比在热平衡下的平均动能（等于点阵的平均动能）高；电场愈强，从电场获得能量的速率愈大，载流子平均动能就愈高。电场很强时，载流子的平均动能可以很显著地超过热平衡时的平均动能。如果载流子之间有较强的相互作用，载流子自身可看作是一个相对独立的准平衡的系统，则载流子的能量分布仍具有和热平衡分布相类似的形式，只是分布函数中的温度应换为一个高于点阵温度T 的Te，Te可称为载流子温度。但是，实际上强电场下载流子的能量分布可能与热平衡分布函数有较大区别。

由于有高的能量，热载流子的行为不同于以至显著不同于处于热平衡的载流子。例如高能量的载流子受到电离杂质的散射很弱，但声频波和光频波对它们的散射作用却更强，这会导致迁移率的下降以至漂移速度的饱和；能量足够高的热载流子可以转移到能量更高的非等价能谷中，引起所谓转移电子效应（见转移电子器件）；能量足够高的载流子可以引起各种类型的碰撞电离（见半导体中的雪崩倍增效应）；在多谷带的情形下，相对诸等价能谷不对称取向的电场可使各等价谷中的电子受到不同程度的加热，引起等价谷之间的电子转移，从而导致迁移率的各向异性；与热平衡的自由载流子相比，热载流子的光吸收也要发生变化等等。

强电场下载流子的漂移速度 vd和电场强度E的关系有如下规律：一般在较强电场下，vd近似正比于E½，而在更强的电场下，由于光频声子散射的限制，vd接近于一个与电场无关的恒定值。在短沟道场效应器件中必须考虑与热载流子相联系的上述非线性输运现象。

在过剩载流子的寿命和能量弛豫时间相近或比它更短的情形下，热载流子也可以通过光激发产生。