在物理学中,载流子指可以自由移动的带有电荷的物质微粒,如电子和离子。在半导体中,存在两种载流子,电子以及电子流失导致共价键上留下的空位(空穴)均被视为载流子。通常N型半导体中指自由电子,P型半导体中指空穴,它们在电场作用下能作定向运动,形成电流。
这个公式其实就是直接套用费米迪拉克分布,不过因为分母上的1远远小于exp[(E(F) – Ev)/kT],于是省略掉了。费米迪拉克分布已经是基础的分布规律,推倒这个分布要用到微观状态数和包利不相容原理,再加上拉格朗日乘数法推倒。比较繁琐,你可以读Reif写的Fundamentals of Statistical and Thermal Physics,其中有详尽的推导过程。一定的电荷转移我们可以用以下公式对本征半导体中的自由电子的浓度进行计算:ni(T)=AT3/2e-EG/2kT式中,
EG——电子挣脱共价键束缚所需要的能量,单位是eV(电子伏),又被称为禁带宽度;
T——温度;
A——系数;
k——波耳兹曼常数(1.38×10-23J/K);
e——自然对数的底。
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