半導體載流子

載流子就是帶有電荷、並可運動而輸運電流的粒子，包括電子、離子等。半導體中的載流子有兩種，即帶負電的自由電子和帶正電的自由空穴。實際上，空穴也就半導體中的價鍵空位，一個空位的運動就相當於一大群價電子的運動；只不過採用數量較少的空穴這個概念來描述數量很多的價電子的運動要方便得多。所以，從本質上來說，空穴只是一大群價電子的另一種表述而已。

載流子所處的能量狀態

從晶體能帶的角度來看，半導體的能量最高的幾個能帶分別是導帶和價帶，導帶與價帶之間隔著一個禁帶。禁帶中不具有公有化運動的狀態——能級，但可存在雜質、缺陷等束縛能級

。自由電子（簡稱為電子）就處於導帶中，一般是在導帶底附近（導帶底就相當於電子的勢能）；自由空穴（簡稱為空穴）就處於價帶中，一般是在價帶頂附近（價帶頂就相當於空穴的勢能）。價帶中有大量的價電子，由於這些價電子是被價鍵束縛住的，不能自由運動，所以不把它們看成為載流子。

如果n型半導體中摻入的施主濃度不太高，那麼導帶中的電子濃度也較低，這時電子在導帶底附近能級上的分佈就遵從經典的Boltzmann分佈，這時就稱這些電子是非簡併載流子，半導體也就是非簡併半導體；

相反，若摻雜濃度很高，則大量電子在導帶底附近能級上的分佈就需要考慮泡里不相容原理的限制，這時電子就遵從量子的Fermi-Dirac分佈，這時就稱這些電子是簡併載流子，半導體也就是簡併半導體。不過，應該注意，即使半導體是非簡併的n型半導體，但價帶中的電子由於是大量的價電子，所以它們始終是屬於簡併的載流子，總是遵從量子的Fermi-Dirac分佈。

空穴就是由價帶中的價電子躍遷到了導帶之後所形成的（即留下的價鍵空位）；這種躍遷就稱為本徵激發，其特點是電子與空穴成對地產生。

多數載流子與少數載流子

載流子可區分為多數載流子和少數載流子兩種。譬如，對於n型半導體，其中的電子就是多數載流子，而空穴是少數載流子。實際上，這不僅是數量多少的差異，而更重要的是它們性質上的不同。例如：

①多數載流子主要由摻雜所提供的，則在室溫下，其濃度與溫度的關係不大（雜質全電離），而少數載流子主要由本徵激發所產生，則隨著溫度的升高將指數式增加；

②能夠注入到半導體中去的載流子，或者能夠從半導體中抽出來的載流子，實際上往往是少數載流子，而多數載流子一般是不能注入、也不能抽出的；

③少數載流子能夠在局部區域積累或減少，即可形成一定的濃度梯度，而多數載流子在半導體內部難以積累起來，所以多數載流子的濃度一般都不能改變，從而不能形成濃度梯度。也正因為如此，為了維持半導體電中性，所以在注入了少數載流子的同時，也將增加相同數量的多數載流子，並且它們的濃度梯度也相同；

④因為一般只有少數載流子才能注入和抽出，所以半導體中的非平衡載流子一般也就是少數載流子。非平衡少數載流子可由於複合而消失，因此具有一定的壽命時間（從ns到μs），而多數載流子一般就是熱平衡載流子，其存在的有效時間也就是所謂介電弛豫時間（非常短，常常可忽略）；

⑤少數載流子在濃度梯度驅動下，將一邊擴散、一邊複合，有一個有效存在的範圍——擴散長度（可達nm數量級），而多數載流子的有效存在範圍是所謂Debye屏蔽長度（很短）；

⑥少數載流子主要是擴散運動，輸運電荷的能力決定於其濃度梯度，而多數載流子主要是漂移運動，輸運能力主要是決定於多數載流子濃度和電場；等等。

（4）少數載流子的作用：

少數載流子雖然數量少，但是它所產生的電流卻不一定小，其主要原因就是它們能夠產生很大的濃度梯度，從而可輸運很大的電流。例如數百安培工作電流的SCR就是少數載流子工作的器件，所有BJT 就都是少數載流子工作的器件。相反，多數載流子工作的器件，其電流倒不一定很大。

少數載流子能夠存儲（積累），則對於器件的開關速度有很大影響；而多數載流子的電容效應（勢壘電容）往往是影響器件最高工作頻率的因素。