為什麼半導體中的遷移率比金屬高?

時間 2021-05-06 08:15:15

1樓:李青影

我來補充說一下散射和遷移率是什麼關係。

遷移率直觀上理解,是電子被電場加速的容易程度。

它是在Drude模型中定義的

固體的電導率等於載流子所帶電荷、載流子濃度、遷移率之積。所以金屬導電性好主要是因為載流子濃度高。比一般的半導體中高好幾個量級,一般的半導體在1e10/cm3左右

但是載流子濃度太高了就會增加散射。

遷移率等於載流子所帶電荷乘以載流子平均能飛的時間(relaxation time,弛豫時間)除以有效質量。

散射會縮短弛豫時間,從而降低遷移率。除了載流子濃度高會降低弛豫時間外,晶格缺陷多也會降低。所以那些多晶的、非晶的遷移率都比較低,約 及以下。

所以要想遷移率高的話,晶格缺陷要少,載流子濃度還不能太高。這一點許多半導體就比金屬更符合。

如果上面兩條都比較滿足的話,那些高遷移率材料中,遷移率的決定性因素就是有效質量了。

什麼是電子和空穴的有效質量?為什麼空穴的有效質量大於電子的有效質量? - 李青影的回答 - 知乎 https://www.

2樓:fermi sugar

首先這個問題本身就不太準確,半導體遷移率有高有低,低的有10的-5次方的有機聚合物半導體,高的有上百萬的鎵砷/鋁鎵砷,而不同金屬不同狀態下的遷移率也是不一樣,即使同乙個單晶跟非晶比也能有量級差別。

如果非要按照提問者的意思去回答的話可以從以下角度來說第一是金屬中的電子濃度高,電子-電子散射嚴重,限制了遷移率。

第二是常見金屬材料為多晶或者非晶,其中的晶格無序也使遷移率遠離了本徵值。

以上兩點會導致電子平均自由程遠小於半導體的,當然了,前提是作為對比的半導體是類似單晶矽石墨烯這樣的有序體系。如果是無序( strongly disordered)體系的話,那麼可以參照非晶態有機半導體體系,遷移率沒有下限。

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