我是一个小小的自由电子

原创 加油射频工程师 2025-03-06 17:46

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我是半导体中的一个小小的电子;
在绝对温度T=0K的时候,我被束缚着,没有足够的能量挣脱;
当温度上升的时候,热能赋予我力量,让我挣脱束缚,称为一颗自由电子;

在我走后,留下一个空位,人类称他为“空穴”;

我变成一个自由电子后,我会在材料中运动;

我的能量和温度强相关,统计物理的均分定理说,我的能量有3/2*KT;

这些能量全都转换成我的动能;

而我的质量如此之小;

因此,我具有无与伦比的快速度,可以大约达到2*10^5 m/s;

但是,在运动中,我会时不时和晶格碰撞,所以虽然在两个碰撞之间,我的速度很快;

但是,因为碰撞我的运动方向非常随机;

此时,如果给半导体施加一个电场,我的运动就会有那么一点点的变化;

电场让我有了漂移速度,所以,我在半导体里的时候,在高速的热运动中,还叠加着一点点的漂移运动。

就像人在从西往东骑自行车,这个时候,来了一股强大的北风,人除了往东,也会往南偏移那么一点点;

话说,为啥要给我施加电场呢?

嗯,想一想啊,给我一个电场,我和我的兄弟们,都往一个方向移动;

那我和我兄弟们都是带着负电的啊,

所以从外面看,那就是电流啊;

因此,想要在固定的电场下,能获得多一点的电流;

所以,一个材料的导电性好不好,就看我们的数量多不多,我们在一定电场下,漂移的速度快不快;

当我的漂移速度<<热运动的速度时,增加电场,漂移速度会线性变快;

但是,当漂移速度增加到和热运动速度差不多时,和晶格的碰撞也就更频繁,碰撞的间隔变短,漂移速度也就不会再增加了;

这种现象,被称为速度饱和。

参考文献:

Ali Hajimiri ,Analog ~

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