最後更新:2026年10月8日基礎概念半導體物理・晶體基礎中國大陸:漂移电流・扩散电流

漂移電流・擴散電流是什麼

Drift Current and Diffusion Current

漂移電流是載子受電場牽引移動而產生的電流,擴散電流是載子從濃度高處向濃度低處擴散而產生的電流。漂移電流與載子濃度・遷移率・電場成正比,擴散電流與濃度梯度及擴散係數成正比,兩者以愛因斯坦關係式D=(kT/q)μ相連結。是pn接面與MOSFET運作的基礎。

目錄4 項
  1. 定義與原理
  2. 常見問題
  3. 相關用語
  4. 比較文章

定義與原理

漂移電流與擴散電流是半導體中載子(電子・電洞)流動的2種機制。漂移電流是載子受電場牽引移動而產生的電流。擴散電流是載子從濃度高處向濃度低處擴散而產生的電流。金屬中的電流幾乎只需以漂移就能說明,但在半導體中,由於摻雜使各處的載子濃度差異很大,必須同時考慮兩者。

電子的漂移電流密度以 J=qnμE 表示,與電荷q、載子濃度n、遷移率μ、電場E成正比。載子速度在弱電場下與電場成正比,但在強電場(矽中約10⁴~10⁵V/cm以上)下會在約1×10⁷cm/s達到上限(速度飽和)。電子的擴散電流密度以 J=qD(dn/dx)表示,與濃度梯度及擴散係數D成正比。遷移率與擴散係數以愛因斯坦關係式 D=(kT/q)μ 相連結,室溫下kT/q約為0.026V。

在pn接面中,熱平衡狀態下由濃度差產生的擴散電流,與內建電位電場產生的漂移電流相互平衡,淨電流為零。施加順向電壓時能障降低,擴散電流呈指數增加,這就是二極體整流作用的來源。在MOSFET中,導通狀態(強反轉)時以通道的漂移電流為主,但在臨界電壓以下的次臨界區,擴散電流占主導,汲極電流相對於閘極電壓呈指數變化。其斜率的極限(室溫下約60mV/decade)成為低電壓化的障礙。結合2種電流的漂移擴散模型,是元件模擬(TCAD)的基本概念。

漂移電流・擴散電流的常見問題

漂移電流與擴散電流有何不同?
漂移電流是載子受電場力作用移動而產生,與電場強度成正比。擴散電流即使沒有電場,也會因載子濃度差從濃度高處向低處擴散而產生,與濃度梯度成正比。半導體中的電流以這2者的總和表示。
pn接面為何沒有電流流動?
因為在未施加電壓的熱平衡狀態下,由濃度差產生的擴散電流,與接面內建電位所形成電場產生的漂移電流,大小相同、方向相反而互相抵消。施加順向電壓時這個平衡被打破,擴散電流便大量流動。

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