基本介紹
- 中文名：多子
- 外文名：majority carriers
- 全稱：多數載流子
- 學科：半導體物理
- 濃度：由摻雜濃度決定
- 相關內容：少子
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介紹,特性,濃度,運動,注入和抽出,壽命,
介紹
多子，即多數載流子，是半導體物理的概念。 它相對於少子而言。
半導體材料中有電子和空穴兩種載流子。如果在半導體材料中某種載流子占大多數，導電中起到主要作用，則稱它為多子。如，在 N 型半導體中,電子是多數載流子，空穴是少數載流子。在P型半導體中，空穴是多數載流子，電子是少數載流子。
多子和少子的形成：以矽原子為例子，五價元素的原子有五個價電子，當它頂替晶格中的四價矽原子時，每個五價元素原子中的四個價電子與周圍四個矽原子以共價鍵形式相結合，而餘下的一個就不受共價鍵束縛，它在室溫時所獲得的熱能足以便它掙脫原子核的吸引而變成自由電子，如圖所示。出於該電子不是共價鍵中的價電子，因而不會同時產生空穴。而對於每個五價元素原子，儘管它釋放出一個自由電子後變成帶一個電子電荷量的正離子，但它束縛在晶格中，不能象載流子那樣起導電作用。這樣，與本徵激發濃度相比，N型半導體中自由電子濃度增加了，而空穴因與自由電子相遇而複合的機會增大，其濃度反而更小了。
特性
濃度
濃度多子濃度主要由摻雜濃度決定，受溫度影響較小。對於n型半導體，如果摻雜濃度為ND，則在雜質全電離情況下，其中多數載流子濃度為：n0≈ND，即多數載流子濃度基本上決定於摻雜濃度。假若雜質未全電離，則多數載流子濃度決定於雜質的電離程度，隨著雜質的不斷電離，多數載流子濃度也不斷增大（與溫度有指數函式關係）。
運動
半導體內的載流子有3種運動：載流子的擴散運動，載流子的熱運動和載流子的漂移運動。漂移電流主要決定於多數載流子濃度和電場的大小；擴散電流主要決定於載流子的濃度梯度，而與濃度本身的大小無關。對於多數載流子而言，由於電中性的要求，在半導體中很難形成明顯的濃度梯度，所以擴散電流往往可以忽略。多數載流子電流主要以漂移電流為主。
注入和抽出
在外界作用下，半導體即偏離平衡狀態，成為了一個非平衡體系。偏離平衡的程度即由多數載流子的準Fermi能級與少數載流子的準Fermi能級的分開大小來衡量（如果外加電壓為V，則兩條準Fermi能級的分開大小=qV）。
在非平衡半導體中，載流子濃度將比平衡載流子濃度增多了（即注入了非平衡載流子）或者減少了（即抽出了非平衡載流子）。由於要滿足電中性的要求，則一般只能注入或抽出少數載流子，而不能注入或抽出多數載流子。也正因為如此，多數載流子在半導體中較難以積累或減小而產生濃度梯度。
壽命
在非平衡半導體，其中的載流子濃度將偏離於平衡載流子濃度（在注入情況下是多出了載流子，在抽取情況下是缺少了載流子）。由於注入或抽出的載流子一般是少數載流子，所以載流子的複合壽命或者產生壽命通常都是指少數載流子的複合壽命或者產生壽命。如果對於多數載流子一定要說其壽命的話，那就是介電弛豫時間（與多數載流子濃度有反比關係），這個時間比起少數載流子壽命時間來說要短得多，往往不予以考慮。
