熱載流子就是具有高能量的載流子，即其動能高於平均熱運動能量（～kT）的載流子；因此其運動速度也一定很高。
熱載流子誘生的MOS器件退化是由於高能量的電子和空穴注入柵氧化層引起的，注入的過程中會產生界面態和氧化層陷落電荷，造成氧化層的損傷。隨著損傷程度的增加，器件的電流電壓特性就會發生改變。當器件參數改變超過一定限度後，器件就會失效，器件損傷的程度和機理取決於器件的工作條件。
當載流子從外界獲得了很大能量時，即可成為熱載流子。例如在強電場作用下，載流子沿著電場方向不斷漂移，不斷加速，即可獲得很大的動能，從而可成為熱載流子。
對於半導體器件，當器件的特徵尺寸很小時，即使在不很高的電壓下，也可產生很強的電場，從而易於導致出現熱載流子。因此，在小尺寸器件以及大規模積體電路中，容易出現熱載流子。由於熱載流子所造成的一些影響，就稱為熱載流子效應。
基本介紹
- 中文名：熱載流子效應
- 表現：非線性的速度-電場關係等
- 學科：物理
- 後果：n-GaAs中出現的負阻現象等
重要效應,造成後果,表現,
重要效應
其一是非線性的速度-電場關係：Si中的載流子在高電場時即呈現出漂移速度飽和現象，這就是由於熱載流子發射光學波聲子(約0.05eV)的結果。GaAs中的電子當被電場“加熱”到能量kTe達到0.31eV時（Te是所謂熱載流子溫度），即從主能谷躍遷到次能谷，從而產生負阻現象。
其二是碰撞電離效應：熱電子與晶格碰撞、並打破價鍵，即把價電子激發到導帶而產生電子-空穴對的一種作用，碰撞電離需要滿足能量和動量守恆，所需要的能量Ei ≈ 3 Eg /2，碰撞電離的程度可用所謂電離率α來表示，α與電場E有指數關係：α = A exp(－Ei/kTe) = A exp(－B/E)。當倍增效應很嚴重時，即導致產生擊穿現象。
造成後果
這些熱載流子效應所造成的影響，有的是很有用處的。例如n-GaAs中出現的負阻現象，即可用來實現所謂轉移電子器件——一種重要的微波-毫米波器件。又如，利用MOSFET中的熱載流子可以向柵氧化層注入的作用，能夠製作出存儲器。再如，利用熱載流子的碰撞電離效應，可以製造出雪崩二極體等器件。
但是，有的熱載流子效應卻具有很大的害處。例如在VLSI中，熱載流子效應往往就是導致器件和積體電路產生失效的重要原因，所以是需要特別注意和加以防止的。
表現
石墨烯可以對光產生不同尋常的反應，在室溫和普通光照射下，就可以發生熱載流子效應，產生電流。這一發現不僅為石墨烯再添新奇屬性，更有希望使其在太陽能電池、夜視系統、天文望遠鏡及半導體感測器等套用領域發揮作用。熱載流子效應並不新奇，但通常情況下，需要在接近絕對零度或在極強的雷射照射下才會發生，但石墨烯卻表現出在室溫和普通光下就可以產生熱載流子效應的性能，這讓人們對石墨烯未來的套用產生了巨大的想像空間。當光照在石墨烯上時，可以產生兩個具有不同電氣特性的區域，進而出現溫差，產生電流。石墨烯在雷射照射加熱不一致時，攜帶電流的電子被加熱，而晶格中的碳原子核保持低溫。正是由於石墨烯內部的溫差，產生了電流。這種不同尋常的機制就稱為熱載流子效應。
