多子

半导体物理术语

多子，即多数载流子，是半导体物理的概念。半导体材料中有电子和空穴两种载流子。如果在半导体材料中某种载流子占大多数，导电中起到主要作用，则称它为多子。多子浓度主要由掺杂浓度决定，受温度影响较小。

介绍

多子，即多数载流子，是半导体物理的概念。它相对于少子而言。

半导体材料中有电子和空穴两种载流子。如果在半导体材料中某种载流子占大多数，导电中起到主要作用，则称它为多子。如，在 N 型半导体中,电子是多数载流子，空穴是少数载流子。在P型半导体中，空穴是多数载流子，电子是少数载流子。

多子和少子的形成：以硅原子为例子，五价元素的原子有五个价电子，当它顶替晶格中的四价硅原子时，每个五价元素原子中的四个价电子与周围四个硅原子以共价键形式相结合，而余下的一个就不受共价键束缚，它在室温时所获得的热能足以便它挣脱原子核的吸引而变成自由电子，如图所示。出于该电子不是共价键中的价电子，因而不会同时产生空穴。而对于每个五价元素原子，尽管它释放出一个自由电子后变成带一个电子电荷量的正离子，但它束缚在晶格中，不能象载流子那样起导电作用。这样，与本征激发浓度相比，N型半导体中自由电子浓度增加了，而空穴因与自由电子相遇而复合的机会增大，其浓度反而更小了。

特性

浓度

浓度多子浓度主要由掺杂浓度决定，受温度影响较小。对于n型半导体，如果掺杂浓度为ND，则在杂质全电离情况下，其中多数载流子浓度为：n0≈ND，即多数载流子浓度基本上决定于掺杂浓度。假若杂质未全电离，则多数载流子浓度决定于杂质的电离程度，随着杂质的不断电离，多数载流子浓度也不断增大（与温度有指数函数关系）。

运动

半导体内的载流子有3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。漂移电流主要决定于多数载流子浓度和电场的大小；扩散电流主要决定于载流子的浓度梯度，而与浓度本身的大小无关。对于多数载流子而言，由于电中性的要求，在半导体中很难形成明显的浓度梯度，所以扩散电流往往可以忽略。多数载流子电流主要以漂移电流为主。

注入和抽出

在外界作用下，半导体即偏离平衡状态，成为了一个非平衡体系。偏离平衡的程度即由多数载流子的准Fermi能级与少数载流子的准Fermi能级的分开大小来衡量（如果外加电压为V，则两条准Fermi能级的分开大小=qV）。

在非平衡半导体中，载流子浓度将比平衡载流子浓度增多了（即注入了非平衡载流子）或者减少了（即抽出了非平衡载流子）。由于要满足电中性的要求，则一般只能注入或抽出少数载流子，而不能注入或抽出多数载流子。也正因为如此，多数载流子在半导体中较难以积累或减小而产生浓度梯度。

寿命

在非平衡半导体，其中的载流子浓度将偏离于平衡载流子浓度（在注入情况下是多出了载流子，在抽取情况下是缺少了载流子）。由于注入或抽出的载流子一般是少数载流子，所以载流子的复合寿命或者产生寿命通常都是指少数载流子的复合寿命或者产生寿命。如果对于多数载流子一定要说其寿命的话，那就是介电弛豫时间（与多数载流子浓度有反比关系），这个时间比起少数载流子寿命时间来说要短得多，往往不予以考虑。

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