第1章 半導(dǎo)體基礎(chǔ)及二極管應(yīng)用電路

本章首先介紹半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識(shí)，介紹PN結(jié)的單向?qū)щ娫怼N結(jié)的擊穿和電容效應(yīng)，給出二極管的伏安特性、主要參數(shù)和等效電路，然后討論以PN結(jié)為基本結(jié)構(gòu)的二極管的工作原理、特性、主要參數(shù)、等效電路和應(yīng)用電路。

1.1 半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)

如果從物體的導(dǎo)電性方面考慮，固體材料可分為三類。第一類具有良好的導(dǎo)電性，稱為導(dǎo)體，如銅、鋁、鐵、銀等。因?yàn)檫@類材料在室溫條件下，有大量電子處于“自由”運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)，這些電子可以在外電場(chǎng)的作用下，產(chǎn)生定向運(yùn)動(dòng)，形成電流。導(dǎo)體的電阻率很小，只有10-6 ～10-3 Ω·cm。第二類是不能夠?qū)щ姷牟牧希Q為絕緣體，如橡膠、塑料等。在這類材料中，幾乎沒有“自由”電子，因此，即使有了外電場(chǎng)的作用，也不會(huì)形成電流。絕緣體的電阻率很大，一般在109 Ω·cm以上。第三類是所謂的半導(dǎo)體，它們的電阻率介于導(dǎo)體與絕緣體之間，通常在10-3 ～109 Ω·cm范圍內(nèi)，如硅、鍺、砷化鎵、鋅化銦等。

半導(dǎo)體之所以受到人們的高度重視，并獲得廣泛的應(yīng)用，不是因?yàn)樗碾娮杪式橛趯?dǎo)體和絕緣體之間，而是因?yàn)樗哂胁煌趯?dǎo)體和絕緣體的獨(dú)特性質(zhì)。這些獨(dú)特的性質(zhì)集中體現(xiàn)在它的電阻率可以因某些外界因素的改變而明顯地變化，具體表現(xiàn)在以下3個(gè)方面。

（1）摻雜性：半導(dǎo)體的電阻率受摻入“雜質(zhì)”的影響極大，在半導(dǎo)體中即使摻入的雜質(zhì)十分微量，也能使其電阻率大大地下降，利用這種獨(dú)特的性質(zhì)可以制成各種各樣的晶體管器件。

（2）熱敏性：一些半導(dǎo)體對(duì)溫度的反應(yīng)很靈敏，其電阻率隨著溫度的上升而明顯地下降，利用這種特性很容易制成各種熱敏元件，如熱敏電阻、溫度傳感器等。

（3）光敏性：有些半導(dǎo)體的電阻率隨著光照的增強(qiáng)而明顯下降，利用這種特性可以做成各種光敏元件，如光敏電阻和光電管等。

半導(dǎo)體為什么會(huì)具有上述特性呢？為了對(duì)半導(dǎo)體器件有較深的認(rèn)識(shí)，正確地使用各種半導(dǎo)體器件，迅速掌握不斷出現(xiàn)的各種新型器件，有必要熟悉一些半導(dǎo)體物理的基本知識(shí)，掌握半導(dǎo)體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的電壓電流關(guān)系及等效的物理模型，這些就是我們學(xué)習(xí)本章的目的和要求。

1.1.1 本征半導(dǎo)體

本征半導(dǎo)體（intrinsicsemiconductor）是指純凈的、不含雜質(zhì)的半導(dǎo)體。在近代電子學(xué)中，最常用的半導(dǎo)體是硅（Si）和鍺（Ge），它們的原子結(jié)構(gòu)示意圖如圖1-1（a）和（b）所示。由圖可知硅Si（14）和鍺Ge（32）的外層電子數(shù)都是4個(gè)，由于外層電子受原子核的束縛力最小，稱為價(jià)電子，有幾個(gè)價(jià)電子就稱為幾價(jià)元素，因此硅和鍺都是四價(jià)元素。

物質(zhì)的許多物理現(xiàn)象（如導(dǎo)電性）與外層價(jià)電子數(shù)有很大的關(guān)系。為了更方便地研究?jī)r(jià)電子的作用，常把原子核和內(nèi)層電子看做一個(gè)整體，稱為慣性核；由于整個(gè)原子呈中性，慣性核帶+4單位正電荷，這樣慣性核與外層價(jià)電子就構(gòu)成一個(gè)簡(jiǎn)化的原子結(jié)構(gòu)模型，如圖1-1（c）所示。顯然Si和Ge元素的簡(jiǎn)化原子模型是相同的，今后我們將以這樣的簡(jiǎn)化原子結(jié)構(gòu)模型來研究Si或Ge半導(dǎo)體內(nèi)部的物理結(jié)構(gòu)。

1.共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)

根據(jù)原子的理論：原子外層電子數(shù)達(dá)到8個(gè)才能處于穩(wěn)定狀態(tài)。因此當(dāng)Si（或Ge）原子組成單晶體后，每個(gè)原子都必須從四周相鄰原子得到4個(gè)價(jià)電子才能組成穩(wěn)定狀態(tài)。實(shí)際上單晶體的最終結(jié)構(gòu)是一個(gè)四面體，每一個(gè)Si（或Ge）原子周圍都有四個(gè)鄰近的同類原子，如圖1-2所示。單晶體中的各原子之間有序、整齊地排列在一起，原子之間靠得很近，價(jià)電子不僅受本原子的作用，還要受相鄰原子的作用。即每一個(gè)價(jià)電子都被相鄰原子核所共有，每相鄰兩個(gè)原子都公用一對(duì)價(jià)電子，形成共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)。圖1-3所示為單晶體的二維共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)示意圖。

量子力學(xué)證明：原子中電子具有的能量狀態(tài)是離散的、量子化的，每一個(gè)能量狀態(tài)對(duì)應(yīng)于一個(gè)能級(jí)，一系列能級(jí)形成能帶。

在Si或Ge單晶體中，價(jià)電子被束縛在共價(jià)鍵的狀態(tài)，其能量狀態(tài)較低，每一個(gè)能量狀態(tài)占有一個(gè)能級(jí)，能級(jí)是量子化的，價(jià)電子可能占有的能級(jí)位于較低的有限能帶內(nèi)，該能帶稱為價(jià)帶。而自由電子處于自由狀態(tài)，其能量狀態(tài)較高，自由電子可能占有的能級(jí)也是量子化的，位于較高的能帶內(nèi)，該能帶稱為導(dǎo)帶。圖1-4示出了電子的能級(jí)分布圖，圖中一系列的水平線表示不同的能級(jí)，其高度代表能量的高低。由圖可以看出，價(jià)電子至少要獲得Eg的能量才能掙脫共價(jià)鍵的束縛而成為自由電子，因此自由電子所占有的最低能級(jí)要比價(jià)電子可能占有的最高能級(jí)高出Eg。于是Si（或Ge）晶體的能量分布中有一段間隙不可能被電子所占有，其寬度為Eg，稱為禁帶寬度。一般Eg與半導(dǎo)體材料的類別和溫度T有關(guān)。例如：當(dāng)T=0 K（-273.16℃）時(shí)，可用Ego表示禁帶寬度，此時(shí)Si的Ego=1.21 eV，Ge的Ego=0.785 eV。在室溫T=300 K時(shí)，Si的Eg=1.12 eV，Ge的Eg=0.72 eV。可以看出，Eg隨溫度的增加而減小；在相同的溫度下Ge的Eg比Si的Eg更小。

2.本征激發(fā)和兩種載流子

在熱力學(xué)溫度T=0 K，且無(wú)外界其他能量激發(fā)時(shí)，由于Ego較大，價(jià)電子全部被束縛在共價(jià)鍵中，能量狀態(tài)位于價(jià)帶，導(dǎo)帶中無(wú)自由電子，因而在晶體中沒有能自由運(yùn)動(dòng)的帶電粒子——載流子，此時(shí)的本征半導(dǎo)體相當(dāng)于絕緣體。但是當(dāng)本征半導(dǎo)體受熱或光照等其他能量激發(fā)時(shí)，某些共價(jià)鍵中的價(jià)電子可能會(huì)從外界獲得足夠的能量（獲得的動(dòng)能大于等于Eg），價(jià)電子受激發(fā)掙脫共價(jià)鍵的束縛，離開原子，躍遷到導(dǎo)帶成為能參與導(dǎo)電的自由電子；同時(shí)在共價(jià)鍵中留下相同數(shù)量的空位，上述現(xiàn)象稱為本征激發(fā)，如圖1-5所示。圖1-6用能帶圖示意了本征激發(fā)過程。

當(dāng)共價(jià)鍵中留下空位時(shí)，在外加電場(chǎng)或其他能源作用下，鄰近共價(jià)鍵中的價(jià)電子就可能來補(bǔ)充這個(gè)空位，這個(gè)空位會(huì)消失（稱作復(fù)合），同時(shí)在鄰近的共價(jià)鍵中產(chǎn)生新的空位，而新空位周圍的其他價(jià)電子都有可能填充到這個(gè)空位上。這樣繼續(xù)下去就相當(dāng)于空位在硅或鍺單晶體中隨機(jī)運(yùn)動(dòng)。由于帶負(fù)電荷的價(jià)電子依次填補(bǔ)空位的運(yùn)動(dòng)效果與帶正電荷的粒子做反向運(yùn)動(dòng)的效果是相同的，因此把這種空位看做帶正電荷的粒子，并稱做空穴。

一般把物體內(nèi)運(yùn)載電荷的粒子稱做載流子，載流子決定著物體的導(dǎo)電能力。在常溫下本征半導(dǎo)體內(nèi)具有兩種載流子：自由電子載流子和空穴載流子。自由電子帶單位負(fù)電荷；空穴是半導(dǎo)體中所特有的帶單位正電荷的粒子，與自由電子電量相等，符號(hào)相反，帶單位正電荷。在外電場(chǎng)作用下電子、空穴運(yùn)動(dòng)方向相反，但對(duì)電流的貢獻(xiàn)是疊加的。

本征激發(fā)的重要特征是，自由電子和空穴兩種載流子總是成對(duì)產(chǎn)生。可見，常溫下本征半導(dǎo)體中存在電子和空穴兩種載流子，不再是絕緣體。但是，一般由于本征激發(fā)所產(chǎn)生的電子-空穴對(duì)數(shù)量（濃度）很少，因此本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力很差。

3.本征載流子（intrinsic carrier）濃度

由于本征激發(fā)在本征半導(dǎo)體中產(chǎn)生自由電子-空穴對(duì)的同時(shí)，還會(huì)出現(xiàn)另一種現(xiàn)象：自由電子和空穴在運(yùn)動(dòng)過程中的隨機(jī)相遇，使自由電子釋放原來獲取的激發(fā)能量，從導(dǎo)帶跌入價(jià)帶，填充共價(jià)鍵中的空穴，電子-空穴對(duì)消失，這種現(xiàn)象稱為復(fù)合。在一定的溫度下，本征半導(dǎo)體中的自由電子和空穴成對(duì)產(chǎn)生和復(fù)合的運(yùn)動(dòng)都在不停地進(jìn)行，最終要達(dá)到一種熱平衡狀態(tài)，使本征半導(dǎo)體中的載流子濃度處于某一熱平衡的統(tǒng)計(jì)值。

本征激發(fā)和復(fù)合是本征半導(dǎo)體中電子-空穴對(duì)的兩種矛盾運(yùn)動(dòng)形式，在本征半導(dǎo)體中電子和空穴的濃度總是相等的。若設(shè)ni為本征半導(dǎo)體熱平衡狀態(tài)時(shí)的電子濃度，pi為空穴濃度，本征載流子的濃度可用下式表示：

式中，Ao為常數(shù)，與半導(dǎo)體材料有關(guān)，Si的Ao=3.88 ×1016（cm-3 K-2/3），Ge的Ao=1.76 ×1016（cm-3 K-2/3）；k為玻耳茲曼常數(shù)，k=1.38 ×10-23（JK-1）。

在室溫T=300 K時(shí)，由式（1-1）可推算出

Si：ni=pi≈1.5 ×1010/cm3 Ge：ni=pi≈2.4 ×1013/cm3

上述分析表明：

（1）鍺（Ge）半導(dǎo)體材料的本征載流子濃度大于硅（Si）半導(dǎo)體材料的本征載流子濃度。因此鍺（Ge）半導(dǎo)體對(duì)本征激發(fā)的敏感性要強(qiáng)于硅（Si）半導(dǎo)體。

（2）T↑→ni（或pi）↑→半導(dǎo)體導(dǎo)電能力↑，利用此特性可制作半導(dǎo)體熱敏元器件；但ni（或pi）隨T的變化會(huì)影響半導(dǎo)體器件的穩(wěn)定性，因而在電子電路的設(shè)計(jì)和集成電路的制造工藝中，經(jīng)常要采取很多措施來克服或減少這種熱敏效應(yīng)。

（3）光照↑→ni（或pi）↑→導(dǎo)電能力 ↑，利用此特性可制作出半導(dǎo)體的各類光電器件。

1.1.2 雜質(zhì)半導(dǎo)體

在本征半導(dǎo)體中人為地?fù)饺胍欢侩s質(zhì)成分的半導(dǎo)體稱為雜質(zhì)半導(dǎo)體（donorand accep-torimpurities）。實(shí)際上，制造半導(dǎo)體器件的材料并不是本征半導(dǎo)體，而是摻入一定雜質(zhì)成分的半導(dǎo)體。原因是由于在室溫下本征半導(dǎo)體（Si）的載流子濃度ni=pi=1.5 ×1010/cm3，與其原子密度4.96 ×1022/cm3相比，僅為原子密度的1/（3.3 ×1012）。故本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力很弱。為了提高半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電能力，可在本征半導(dǎo)體中摻入少量其他元素（稱為雜質(zhì)），這樣會(huì)使半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電能力顯著改善。

在本征半導(dǎo)體中摻入不同種類的雜質(zhì)可以改變半導(dǎo)體中兩種載流子的濃度。根據(jù)摻入雜質(zhì)的種類的不同，半導(dǎo)體可分為N型半導(dǎo)體（摻入五價(jià)元素雜質(zhì)）和P型半導(dǎo)體（摻入三價(jià)元素雜質(zhì)）。

1.N型半導(dǎo)體（N Type semiconductor）

在本征半導(dǎo)體中摻入微量的五價(jià)元素的雜質(zhì)（如砷、磷、銻等），能使雜質(zhì)半導(dǎo)體中的自由電子濃度大大增加，因此稱這種雜質(zhì)半導(dǎo)體為電子型半導(dǎo)體或N型半導(dǎo)體。由于摻入的五價(jià)元素有5個(gè)價(jià)電子，當(dāng)雜質(zhì)原子替代晶格中某些硅的位置時(shí)，它的5個(gè)價(jià)電子中有4個(gè)與周圍的硅原子構(gòu)成共價(jià)鍵，多余的1個(gè)電子將不受共價(jià)鍵的束縛，而雜質(zhì)原子核對(duì)此多余電子的束縛力也較弱。那么，在適當(dāng)?shù)臏囟龋ɡ?60℃）條件下，這個(gè)多余電子就可能被激發(fā)成為自由電子，與此同時(shí)雜質(zhì)原子將被電離成帶正電荷的不能運(yùn)動(dòng)的離子，如圖1-7所示。因雜質(zhì)原子可提供電子，故稱施主原子，五價(jià)元素的雜質(zhì)稱為施主雜質(zhì)。根據(jù)理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)結(jié)果，摻入五價(jià)元素產(chǎn)生的多余電子所占有的能級(jí)較高，很靠近導(dǎo)帶底部，稱為施主能級(jí)。一般施主能級(jí)與導(dǎo)帶底部的差值要比禁帶寬度Eg小得多（例如，在硅中摻入五價(jià)砷，差值為0.049 eV，摻入銻，差值為0.039 eV；在鍺中摻入磷，差值為0.012 eV），故在一定溫度（室溫）時(shí)，每個(gè)摻入的五價(jià)雜質(zhì)原子的多余電子都有足夠的能量進(jìn)入導(dǎo)帶而成為自由電子。所以導(dǎo)帶中自由電子的數(shù)量要比本征半導(dǎo)體顯著增多。

如圖1-8所示，與本征激發(fā)不同之處是：施主原子釋放出的自由電子不是共價(jià)鍵內(nèi)的價(jià)電子，所以不會(huì)在價(jià)帶中產(chǎn)生空穴。另外，施主原子釋放多余電子成為正離子，并被束縛在晶格中，不能像空穴那樣起導(dǎo)電作用。還需說明，在雜質(zhì)半導(dǎo)體中同時(shí)也存在著本征激發(fā)。

摻入的五價(jià)雜質(zhì)元素越多，增加的自由電子數(shù)越多，自由電子濃度越大；而由本征激發(fā)產(chǎn)生的空穴與它們相遇的機(jī)會(huì)就增多，復(fù)合掉的空穴數(shù)量也就增多，因而該雜質(zhì)半導(dǎo)體中的空穴濃度反倒比同溫度下的本征空穴濃度小得多，自由電子濃度比同溫度下的本征電子濃度大很多。因此，摻入五價(jià)元素后的雜質(zhì)半導(dǎo)體是以自由電子作為主要載流子的半導(dǎo)體，故稱為電子型或N型半導(dǎo)體。在N型半導(dǎo)體中的自由電子稱為多數(shù)載流子，簡(jiǎn)稱多子；空穴稱為少數(shù)載流子，簡(jiǎn)稱少子。

2.P型半導(dǎo)體（P type semiconductor）

在本征半導(dǎo)體中摻入少量三價(jià)元素（如硼、銦、鋁等），能使雜質(zhì)半導(dǎo)體中的空穴濃度大大增加，因而稱為空穴型半導(dǎo)體或P型半導(dǎo)體。如圖1-9（a）所示，三價(jià)雜質(zhì)原子的3個(gè)價(jià)電子與周圍的硅或鍺原子構(gòu)成4個(gè)共價(jià)鍵時(shí)，由于缺少1個(gè)價(jià)電子，產(chǎn)生1個(gè)空位，在一定溫度下，此空位極易接受來自相鄰硅或鍺原子共價(jià)鍵中的價(jià)電子，從而產(chǎn)生1個(gè)空穴。三價(jià)雜質(zhì)原子因接受了價(jià)電子通常被稱為受主原子。一般從價(jià)帶中移出一個(gè)價(jià)電子去填充受主原子共價(jià)鍵中的空位只需要很小的能量，根據(jù)理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)結(jié)果，摻入三價(jià)元素形成的受主能級(jí)一般很靠近價(jià)帶頂部，它與價(jià)帶頂?shù)牟钪岛苄。ㄔ诠柚袚饺肴齼r(jià)的鎵，差值為0.065 eV；摻入銦，差值為0.16 eV；鍺中摻入硼和鋁，差值為0.01 eV），故在常溫下，處于價(jià)帶中的價(jià)電子都具有大于上述差值的能量，而到達(dá)受主能級(jí)，如圖1-9（b）所示。每一個(gè)摻入三價(jià)元素的原子都能接受1個(gè)價(jià)電子，而在價(jià)帶中留下1個(gè)空穴。但受主原子接受1個(gè)價(jià)電子后，成為帶1個(gè)電子電荷量的負(fù)離子，負(fù)離子被束縛在晶格結(jié)構(gòu)中，不能運(yùn)動(dòng)，不能起導(dǎo)電作用。

另外，P型半導(dǎo)體中同時(shí)也存在著本征激發(fā)而產(chǎn)生的電子-空穴對(duì)。因空穴很多，自由電子與空穴復(fù)合的機(jī)會(huì)就增多，故P型半導(dǎo)體中的自由電子濃度要小于同溫度下的本征載流子濃度。P型半導(dǎo)體中空穴是多子，自由電子是少子。

3.雜質(zhì)半導(dǎo)體中的載流子濃度

不論N型還是P型半導(dǎo)體，摻雜越多，多子就越多，本征激發(fā)的少子與多子復(fù)合的機(jī)會(huì)就越多，少子數(shù)目就越少。例如室溫T=300 K時(shí)，硅的本征濃度ni=1.5 ×1010/cm3，若摻雜五價(jià)元素的濃度ND是硅原子密度（4.96 ×1022/cm3）的百萬(wàn)分之一，即ND=4.96 ×1016/cm3，則施主雜質(zhì)濃度ND要比本征濃度ni大百萬(wàn)倍，即ND?ni。同理，也可實(shí)現(xiàn)受主雜質(zhì)濃度NA?ni。可見，在雜質(zhì)半導(dǎo)體中多子濃度遠(yuǎn)大于本征濃度。由半導(dǎo)體理論可以證明，兩種載流子的濃度滿足以下關(guān)系：

（1）熱平衡條件：溫度一定時(shí)，兩種載流子濃度之積，等于本征濃度的平方。對(duì)N型半導(dǎo)體，若以nn表示電子（多子）濃度，pn表示空穴（少子）濃度，則有

對(duì)P型半導(dǎo)體，若以pp表示空穴（多子）濃度，np表示電子（少子）濃度，則有

（2）電中性條件：不論N型還是P型半導(dǎo)體，整塊半導(dǎo)體的正電荷量與負(fù)電荷量恒等。對(duì)N型半導(dǎo)體，若以ND表示施主雜質(zhì)濃度，則

對(duì)P型半導(dǎo)體，若以NA表示受主雜質(zhì)濃度，則

由于一般總有ND?pn，NA?np，因而N型半導(dǎo)體的多子濃度nn≈ND，且少子濃度pn≈n2i/ND；P型半導(dǎo)體的多子濃度pp≈NA，且少子濃度np≈n2i/NA。

可見雜質(zhì)半導(dǎo)體的多子濃度等于摻雜濃度，與溫度無(wú)關(guān)；而少子濃度與本征濃度n2i成正比，隨溫度T升高而迅速增加，因此少子濃度是半導(dǎo)體元件溫度漂移的主要原因。

1.1.3 漂移電流與擴(kuò)散電流

半導(dǎo)體中有兩種載流子：電子和空穴，這兩種載流子的定向運(yùn)動(dòng)會(huì)引起導(dǎo)電電流。一般引起載流子定向運(yùn)動(dòng)的原因有兩種：一種是由于電場(chǎng)而引起載流子的定向運(yùn)動(dòng)，稱為漂移運(yùn)動(dòng)，由此引起的導(dǎo)電電流稱為漂移電流；另一種是由于載流子的濃度梯度而引起的定向運(yùn)動(dòng)，稱為擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，由此引起的導(dǎo)電電流稱為擴(kuò)散電流。

1.漂移電流（drift current）

在電子濃度為n，空穴濃度為p的半導(dǎo)體兩端外加電壓U，在外電場(chǎng)E的作用下，空穴將沿電場(chǎng)方向運(yùn)動(dòng)，電子將沿與電場(chǎng)相反方向運(yùn)動(dòng)。載流子在電場(chǎng)作用下的定向運(yùn)動(dòng)稱為漂移運(yùn)動(dòng)。由漂移運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的電流叫漂移電流。如圖1-10所示，與兩種載流子的漂移運(yùn)動(dòng)相對(duì)應(yīng)的漂移電流都與電場(chǎng)的方向一致。

如果設(shè)空穴和電子的遷移率（單位電場(chǎng)強(qiáng)度下載流子的平均漂移速度）為up 和un，那么在外電場(chǎng)E的作用下，空穴的平均漂移速度為

電子的平均漂移速度為

若以Jpt和Jnt分別表示空穴和電子的漂移電流密度，則空穴的電流密度為

電子的電流密度為

式中，e為電子電荷量。

半導(dǎo)體內(nèi)總的漂移電流密度為

半導(dǎo)體內(nèi)的漂移電流和我們所熟悉的金屬導(dǎo)體內(nèi)的電流的概念相當(dāng)，兩者都是電場(chǎng)力作用的結(jié)果，只是金屬中只有自由電子電流，沒有空穴電流。在半導(dǎo)體中，帶正電荷的空穴沿電場(chǎng)力方向漂移，帶負(fù)電荷的自由電子逆電場(chǎng)力方向漂移，雖然兩者漂移方向相反，但產(chǎn)生的漂移電流方向卻相同，故兩者電流相加。

電場(chǎng)力使載流子定向運(yùn)動(dòng)，但載流子在運(yùn)動(dòng)過程中又不斷與晶格“碰撞”而改變方向。因此，載流子的微觀運(yùn)動(dòng)并不是定向的，只是在宏觀上有一個(gè)平均漂移速度。電場(chǎng)越強(qiáng)，載流子的平均漂移速度越快。由漂移電流產(chǎn)生的原因很容易得出：漂移電流與電場(chǎng)強(qiáng)度和載流子濃度成正比。雜質(zhì)半導(dǎo)體中的多子濃度遠(yuǎn)大于少子濃度，因此，多子漂移電流遠(yuǎn)大于少子漂移電流。

2.擴(kuò)散電流（diffusion current）

導(dǎo)體中只有電子一種載流子，建立不了電子的濃度差，故導(dǎo)體中載流子只有在電場(chǎng)作用下的漂移運(yùn)動(dòng)。而半導(dǎo)體中有電子和空穴兩種載流子，在實(shí)際工作中，當(dāng)有載流子注入或光照作用時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)非平衡載流子。在半導(dǎo)體處處滿足電中性的條件下，只要有非平衡電子，就會(huì)有等量的非平衡空穴，因而也就會(huì)存在濃度差。這樣，在濃度差的作用下就產(chǎn)生了非平衡載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)。

如圖1-11所示，對(duì)一塊完全封閉的N型硅半導(dǎo)體一側(cè)頂端施光照，N型硅內(nèi)部的熱平衡狀態(tài)被打破，便在光照一側(cè)端面處產(chǎn)生非平衡電子和空穴。靠近左端面處，非平衡載流子濃度梯度最大；離端面越遠(yuǎn)，濃度梯度越小，且載流子濃度逐漸趨于熱平衡值。

擴(kuò)散電流是半導(dǎo)體中載流子的一種特殊運(yùn)動(dòng)形式，是由于載流子的濃度差而引起的，擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)總是從濃度高的區(qū)域向濃度低的區(qū)域進(jìn)行。若用表示非平衡空穴和電子的濃度梯度，則沿x方向的擴(kuò)散電流密度分別為

式中，Dp和Dn為空穴和電子擴(kuò)散系數(shù)（單位cm2/s）。式（11-12）表示：空穴擴(kuò)散電流與x方向相同，電子擴(kuò)散電流與x方向相反（因?yàn)閐p（x）dx ＜0，dn（x）dx ＜0）。

另外需要注意：擴(kuò)散電流不是由電場(chǎng)力產(chǎn)生的，所以它與電場(chǎng)強(qiáng)度無(wú)關(guān)。擴(kuò)散電流與載流子濃度也無(wú)關(guān)，主要決定于載流子的濃度梯度（或濃度差）。