半导体载流子的分类

多数载流子与少数载流子

载流子可区分为多数载流子和少数载流子两种。譬如，对于n型半导体，其中的电子就是多数载流子，而空穴是少数载流子。实际上，这不仅是数量多少的差异，而更重要的是它们性质上的不同。例如：

①多数载流子主要由掺杂所提供的，则在室温下，其浓度与温度的关系不大（杂质全电离），而少数载流子主要由本征激发所产生，则随着温度的升高将指数式增加；

②能够注入到半导体中去的载流子，或者能够从半导体中抽出来的载流子，实际上往往是少数载流子，而多数载流子一般是不能注入、也不能抽出的；

③少数载流子能够在局部区域积累或减少，即可形成一定的浓度梯度，而多数载流子在半导体内部难以积累起来，所以多数载流子的浓度一般都不能改变，从而不能形成浓度梯度。也正因为如此，为了维持半导体电中性，所以在注入了少数载流子的同时，也将增加相同数量的多数载流子，并且它们的浓度梯度也相同；

④因为一般只有少数载流子才能注入和抽出，所以半导体中的非平衡载流子一般也就是少数载流子。非平衡少数载流子可由于复合而消失，因此具有一定的寿命时间（从ns到μs），而多数载流子一般就是热平衡载流子，其存在的有效时间也就是所谓介电弛豫时间（非常短，常常可忽略）；

⑤少数载流子在浓度梯度驱动下，将一边扩散、一边复合，有一个有效存在的范围——扩散长度（可达nm数量级），而多数载流子的有效存在范围是所谓Debye屏蔽长度（很短）；

⑥少数载流子主要是扩散运动，输运电荷的能力决定于其浓度梯度，而多数载流子主要是漂移运动，输运能力主要是决定于多数载流子浓度和电场；等等。

（4）少数载流子的作用：

少数载流子虽然数量少，但是它所产生的电流却不一定小，其主要原因就是它们能够产生很大的浓度梯度，从而可输运很大的电流。例如数百安培工作电流的SCR就是少数载流子工作的器件，所有BJT 就都是少数载流子工作的器件。相反，多数载流子工作的器件，其电流倒不一定很大。

少数载流子能够存储（积累），则对于器件的开关速度有很大影响；而多数载流子的电容效应（势垒电容）往往是影响器件最高工作频率的因素。

基本的半导体器件主要有以下几种：pn结二极管，金属氧化物场效应晶体管（MOS）,双极晶体管（BJT）,结型场效应晶体管。pn结二极管结构：其中pn结二极管由n型半导体和p型半导体接触产生。工作原理：由于二者接触后产生由n型半导体指向p型半导体的内建电场，当外加电压由n型半导体指向p型半导体时进一步增强了其内建电场，因而其电流会很小，当外加电压由p型指向n型时，内建电场降低，电流可顺利通过pn结，形成单向导电的特性。MOS结构：主要由栅极，漏极及源极三部分构成。工作原理：通过栅极控制沟道载流子浓度实现对源极及漏极电流的控制。BJT结构：由发射极，基极，集电极构成。基本原理：通过控制发射极与基极之间的电压以及集电极与基电极之间的电压实现电流的放大，截至等效应。结型场效应晶体管：与MOS构成类似，不同点仅在于其栅极位于沟道的上下两侧。工作原理：上下栅极同时控制沟道的载流子浓度及沟道的宽度实现对电流的控制。

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