半导体扩散电流的本质是什么

半导体扩散电流的本质是载流子会从高浓度区向低浓度区扩散。根据查询相关资料显示半导体中载流子浓度分布不均匀时，载流子会从高浓度区向低浓度区扩散。扩散电流是PN结中由载流子扩散运动形成的电流。扩散运动则是载流子顺浓度梯度，由浓度高的区域向浓度低的区域运动的现象。在不受外加电压影响的PN结中，P区的多子空穴向N区扩散，N区的多子自由电子向P区扩散。当载流子通过两种半导体的交界面后，在交界面附近的区域里，P区扩散到N区的空穴与N区的自由电子复合，N区扩散到P区的自由电子与P区的空穴复合。电流方向指向空穴移动方向（或自由电子移动的反方向），扩散电流由P区指向N区。

半导体内的载流子有三种运动：载流子的扩散运动，载流子的热运动和载流子的漂移运动。（1）热运动在没有任何电场作用时，一定温度下半导体中的自由电子和空穴因热激发所产生的运动是杂乱无障的，好像空气中气体的分子热运动一样。由于是无规则的随机运动，合成后载流子不产生定向位移，从而也不会形成电流。（2）漂移运动在半导体的两端外加一电场E，载流子将会在电场力的作用下产生定向运动。电子载流子逆电场方向运动，而空穴载流子顺着电场方向运动。从而形成了电子电流和空穴电流，它们的电流方向相同。所以，载流子在电场力作用下的定向运动称为漂移运动，而漂移运动产生的电流称漂移电流。（3）扩散运动在半导体中，载流子会因浓度梯度产生扩散。如在一块半导体中，一边是N型半导体，另一边是P型半导体，则N型半导体一边的电子浓度高，而P型半导体一边的电子浓度低。反之，空穴载流子是P型半导体一边高，而N型半导体一边低。由于存在载流子浓度梯度而产生的载流子运动称为扩散运动。滴入水中的墨水会快速地向四周扩散，打开药品瓶盖，气味会很快充满整个房间等现象，是现实生活中扩散运动的典型例子，是自然界中的一种普遍规律。由于电子载流子和空穴载流子分别带负电和正电，扩散运动导致正负电荷搬迁，从而形成电流，这种由扩散运动形成的电流称扩散电流。

我本人不是学半导体物理的，学的是力学，但是对半导体略有了解。LZ注意看，博文中有讲到，靠少数载流子运动工作的器件叫BJT，而靠多数载流子工作的叫做FET。而不论多数载流子还是少数载流子，其运动的原理都是由浓度分布不匀产生的浓度梯度。关于梯度和场论的概念，LZ可以去翻阅同济大学的高等数学教材，或者，如果想要看到更接近力学的解释，可以去看看黄克智老师的张量分析。以下我拿电势和电场为例来类比一下BJT中少数载流子的情况。我们知道，如果在空间中存在一个电场源，那么它会形成一个电势场，这是一个标量场，每个点有一个确定的数，代表“每单位电荷能做功的量”，就好像BJT中少数子的浓度。而由电势场，可以通过梯度算符诱导出一个矢量场（梯度grad=偏/偏xi*ei，ei为基矢），在电场中，这个矢量场就是电力场，每一个点有一个确定的矢量，表示每单位电荷所受的力的大小方向。同理，在BJT中，浓度梯度也是一个矢量，决定了每一点少数子的运动强度，方向。注意到梯度其实是做偏导再乘以基矢量，而偏导的大小取决于原函数的变化率而不是函数值，所以即使少数子浓度低，只要少数子浓度变化剧烈，就可以产生很激烈的扩散现象。

以上。

同理，不管多数子浓度再怎么高，如果多数子的浓度梯度很小，那么它们的扩散运动就可以忽略不计。

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