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:跳跃电导

跳躍傳導是什麼

Hopping Conduction

跳躍傳導是指電子從空間上局域化的狀態跳到附近另一個局域狀態而使電流流動的傳導機制。發生在原子排列紊亂的非晶物質、有機半導體,以及高雜質濃度半導體的低溫狀態中,溫度越高越容易導通,遷移率則較小。它作為絕緣膜漏電流的機制也很重要。

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

跳躍傳導(Hopping Conduction)是指電子並非在擴展至整個晶體的能帶中自由移動,而是從空間上局域化(被侷限在特定位置)的狀態,跳到(hop)附近另一個局域狀態,藉此使電流流動的傳導機制。在一般的晶體半導體中,電子會在導帶中像波一樣擴展並移動;但在原子排列紊亂的物質或雜質稀疏分布的狀態下,電子會局域在各個位置,只能借助熱能跳到鄰近位置。

電子局域化的原因之一,是紊亂使電子波互相抵消而被侷限的安德森局域化。跳躍傳導發生在非晶矽、非晶絕緣膜、有機半導體,以及含大量雜質之半導體的低溫狀態等。由於跳躍需要熱的輔助,溫度越高越容易導電,遷移率也遠小於晶體半導體。已知在低溫下,電子不只會跳到鄰近位置,也會跳到能量相近的遠處位置,發生可變範圍跳躍(variable range hopping),使傳導率呈現與溫度1/4次方相關的特有依存性。

在半導體元件中,跳躍傳導作為漏電流的機制很重要。在氮化矽膜或高介電常數膜等含有大量缺陷能階的絕緣膜中,電子會沿著缺陷能階移動,造成漏電流或電荷流失。相變化記憶體的非晶狀態,以及電阻式記憶體高電阻狀態的導電,有時也以跳躍傳導來說明。在有機EL(OLED)與有機電晶體中,電荷在分子間跳躍是主要的傳導機制,提高遷移率的材料設計也持續推進中。

跳躍傳導的常見問題

跳躍傳導與能帶傳導有什麼不同?
在能帶傳導中,電子在擴展至整個晶體的能帶中像波一樣自由移動。在跳躍傳導中,電子局域在特定位置,借助熱能跳到鄰近位置來移動。因此跳躍傳導的遷移率小,溫度越高越容易導電。
什麼是安德森局域化?
是指物質中原子排列或雜質配置紊亂時,電子波被散射而互相抵消,使電子被侷限在特定位置的現象。由物理學家安德森(Anderson)從理論上提出。局域化的電子只能透過跳躍傳導移動。

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