Mobilitet av ladebærere
Den bevegelighet av ladningsbærere er et begrep som brukes i fysikken for å karakterisere de ledende media av elektrisk strøm. Det noteres og relaterer gjennomsnittshastigheten til en elektrisk ladningsbærer av mediet ( elektron , hull , ion , etc. ) til det elektriske feltet det gjennomgår via forholdet .
Beskrivelse
Mobilitet er nært knyttet til materialets elektriske ledningsevne og antall urenheter som er tilstede i dette materialet. Når en bærer er dominerende, er den elektriske ledningsevnen proporsjonal med mobiliteten til den bæreren. Den nåværende tetthetsvektoren kan relateres til mobilitet av .
Det er forskjellig for elektroner og for hull i halvledere . Det varierer sterkt med temperaturen og urenhetene som er tilstede i mediet.
Det er oftest gitt i cm 2 / ( V · s ). I galliumarsenid , ved romtemperatur, er mobiliteten ca. 2000 cm 2 / (V · s). I indium antimonide mobiliteten er 77.000 cm 2 / (V-s). I 2014 syntetiserte et team av forskere fra University of Lorraine og Soleil synchrotron grafenbånd som har rekorden for den største mobiliteten målt ved romtemperatur: 1.000.000 cm 2 / (V · s). De karbon nanorør hadde den tidligere registrering: 100 000 cm 2 / (V-s) ved 300 K.
Når et materiale utsettes for et elektrisk felt, akselereres elektroner av dette feltet. Men de blir utsatt for interaksjoner med materialets atomer og mister hastigheten under kollisjoner med atomene. Den Drude modellen er en enkel modell (klassisk metode) gjør det mulig å modellere hastigheten av disse elektroner, og for å gi et uttrykk for denne mobilitet. Vi kan i denne tilnærmingen vise at mobiliteten til en partikkel er:
,
med:
- q: den grunnleggende ladningen;
- : gjennomsnittlig tid mellom to kollisjoner;
- m *: den effektive massen til partikkelen.
I en halvleder er mobiliteten til elektroner større enn mobiliteten til hull, vi observerer eksperimentelt i silisium at mobiliteten til hull er tre ganger mindre enn den til elektroner. Dette kan tolkes av det faktum at elektronene som deltar i ledningen er nesten frie i krystallen (ledningsbånd) mens hullene tilsvarer vakuumet som er igjen av et elektron som føres på ledningsbåndet. For at hullet skal bevege seg, må et valenselektron fra et nærliggende atom komme og ta plass, noe som er mindre enkelt fra et kvantesynspunkt.
den lov av Matthiessen sa at mobiliteten kan skrives som summen av påvirkning av nettverket (av fononer ) og som av forurensninger:
