载流子的散射

由于各种因素使得半导体内部周期性势场被破坏，导致载流子运动速度的大小和方向不断发生改变

由于各种因素使得半导体内部周期性势场被破坏，导致载流子运动速度的大小和方向不断发生改变，称为载流子的散射。

主要内容

载流子的散射，半导体的主要散射机构。

在一定温度下，半导体内部的大量载流子，即使没有电场作用，它们也不是静止不动的，而是永不停息地作着无规则的、杂乱无章的运动，称为热运动。同时晶格上的原子也在不停地围绕格点作热振动。半导体还掺有一定的杂质，它们一般是电离了的，也带有电荷。载流子在半导体中运动时，便会不断地与热振动着的晶格原子或电离了的杂质离子发生作用，或者说发生碰撞，碰撞后载流子速度的大小及方向就发生改变，用波的概念，就是说电子波在半导体中传播时遭到了散射。所以，载流子在运动中，由于晶格热振动或电离杂质以及其他因素的影响，不断地遭到散射，载流子速度的大小及方向不断地在改变着。载流子无规则的热运动也正是由于它们不断地遭到散射的结果。

半导体中载流子在运动过程中遭到散射的根本原因是周期性势场的被破坏。

主要方式

①电离杂质的散射：给体杂质在电离后是一个带正电的离子，而受体杂质电离后则是负离子。在正离子有或负离子周围形成一个库仑势场，载流子将受到这个库仑场的作用，即散射。②晶格振动的散射：光学波和声学波散射。随着温度的增加，晶格振动的散射越来显著，而杂质电离的散射变得不显著了。③其他因素引起的散射：等同的能谷间散射、中性杂质散射、位错散射、合金散射。另外，载流子之间也有散射作用，但这种散射只在强简并时才显著。

电离杂质散射

施主杂质电离后是一个带正电的离子，受主杂质电离后是一个带负电的离子。在电离施主或电离受主周围形成一个库仑势场，这一库仑势场局部地破坏杂质附近的周期性势场，而载流子运动到电离杂质附近时，使其运动速度和方向均发生变化，即为电离杂质散射。

晶格振动散射

在一定温度下，晶体中原子都各自在其平衡位置附近做微振动，载流子在半导体中运动时，会不断地与这些热振动着的晶格原子发生碰撞，这种由于晶格热振动的碰撞使载流子速度的大小和方向不断地改变，即为晶格振动散射。晶格振动散射包括光学波和声学波散射，分别对应长纵光学波和长纵声学波会造成原子分布的疏密变化，产生体变，即疏处体积膨胀、密处压缩，产生一附加势场破坏了原来势场的严格周期性，产生散射。

谷间散射

硅的导带具有极值能量相同的6个旋转椭球等能面（锗有4个），载流子在这些能谷中分布相同，这些能谷称为等同的能谷；电子在这种多能谷半导体中从一个极值附近散射到另个极值附近的散射，即为等同的能谷间散射。

中性杂质散射

低温下杂质没有充分电离，没有电离的杂质呈中性，这种中性杂质也对周期性势场有一定的微扰作用而引起散射。但它只有在杂质浓度很高的重掺杂半导体中，当温度很低时，晶格振动散射和电离杂质散射都很微弱的情况下，才起主要的散射作用。

位错散射

在n型（p型）材料中位错线俘获电子成为一串负电（正电）中心，其周围形成了一个圆柱形正（负）空间电荷区，其内部存在的电场就是引起载流子散射的附加势场。位错散射具有各向异性，电子垂直于空间电荷圆柱体运动时将受到散射。

多能谷散射

在电场作用下，电子从电场中获取能量，可在能谷间转移，即能谷间散射，电子的准动量有较大的改变，伴随散射发射或吸收光学声子。同时，电子的有效质量、迁移率、平均漂移速度、电导率都将发生变化。

合金散射

两种不同原子在晶格位置上的随机排列，对周期性势场产生一定的微扰作用，因而引起对载流子的散射作用，称为合金散射。一般地，对于任一种多元化和物半导体混合晶体，当其中两种同族原子在其晶格中相应的位置上随机排列时，都会产生对载流子的合金散射作用。合金散射式混合晶体中所特有的散射机制。但在原子有序排列的混合晶体中，几乎不存在合金散射效应。

散射作用

这种散射只在强简并时才显著。

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