Movilidad de electrón

En la física, la movilidad de electrón del (o simplemente, movilidad ), es una cantidad que se relaciona la velocidad de deriva de los electrones con el campo eléctrico aplicado a través de un material, según la fórmula:

$\, = \ MU E$ del v_d

donde el $del l \, v_d$ es el $del de la velocidad de deriva \, E$ es el $aplicado campo eléctrico \, \ mu$ es la movilidad

Es el uso para los electrones del fenómeno más general de la movilidad eléctrica de partículas cargadas en un líquido bajo campo eléctrico aplicado.

En los semiconductores, la movilidad puede también aplicarse a los agujeros así como electrones.

Descripción conceptual

En un sólido, los electrones (y en el caso de los semiconductores, agujerea ) se moverán alrededor aleatoriamente de en la ausencia de un campo eléctrico aplicado. Por lo tanto, si uno hace un promedio del movimiento en un cierto plazo no habrá movimiento total de ondas portadoras en ninguna dirección particular. Sin embargo sobre la aplicación de un campo eléctrico, los electrones serán acelerados en una dirección opuesta al campo eléctrico. La adición del tiempo entre la aceleración de los electrones debido al campo eléctrico y a la desaceleración de los electrones debido a las colisiones y del enrejado que dispersa los acontecimientos (causados por los fonones, los defectos cristalinos, las impurezas, el etc.) sobre la trayectoria libre mala entre la dispersión de acontecimientos da lugar a los electrones que tienen una velocidad de deriva media . Este movimiento neto del electrón debe ser órdenes de la magnitud menos que el movimiento al azar normalmente de ocurrencia, si no la ecuación de la movilidad es inválida (es decir, las velocidades típicas de la deriva en estar de cobre de la orden de 10^-4 m·s⁻¹ comparó a la velocidad del movimiento al azar del electrón de 10⁵ m·s⁻¹).

En un semiconductor las dos ondas portadoras, electrones y agujeros, tendrán típicamente diversas velocidades de deriva para el mismo campo eléctrico.

En un plasma hay comportamiento análogo con los iones y los electrones libres.

En un vacío, los electrones acelerarán directo en un campo eléctrico según la ley de Newton en segundo lugar del movimiento . Esto se conoce como " " balístico del transporte ;. Así la movilidad de electrón es indefinida para el movimiento electrónico en un vacío.

En un sólido, si los electrones deben mover solamente una distancia muy corta (distancia comparable con el movimiento browniano ), el transporte balístico quasi- es posible.

En unidades del SI, la movilidad se mide normalmente en el m ²/( V · s ). Puesto que la movilidad es generalmente una función fuerte de impurezas y de la temperatura materiales, y se determina empírico, los valores de la movilidad se presentan típicamente en forma de la tabla o de la carta. La movilidad es también diferente para los electrones y los agujeros en un semiconductor .

Una aproximación de la función de la movilidad se puede escribir como combinación de influencias de las vibraciones del enrejado (fonones y de impurezas por la regla del Matthiessen: $\ MU del l = \ + \ frac {1} {\ mu_ {\ impurezas del rm}}}$ del frac {1} {\ frac {1} {\ mu_ {\ enrejado del rm}}.

Movilidad en fase de gas

La movilidad se define para cualquier especie en la fase de gas, encontrado sobre todo en la física del plasma y se define como:

$\ MU = \, \ nu_m del frac {q} {m \}$

donde el $\, q$ es la carga de la especie, del

l el $del l \, \ nu_m$ es la frecuencia de la colisión de la transferencia de ímpetu, y el $del l \, m$ es el Massachusetts

La movilidad se relaciona con el $del coeficiente de difusión del de las especies \, D$ con una ecuación (termodinámico requerida) exacta conocida como la relación de Einstein :

$\ MU = \ frac {q} {k \, T} D$ ,

donde el $del l \, k$ es el Boltzmann constante, el $del \, T$ es la temperatura del gas, y el $del \, D$ es una cantidad medida que puede ser estimada. Si uno define la trayectoria libre mala en términos de transferencia de ímpetu, después uno consigue:

$D = \ frac {\ pi} {8} \ lambda^2 \ nu_m$ .

Pero la trayectoria libre mala de la transferencia de ímpetu del y la frecuencia de la colisión de la transferencia de ímpetu del son difíciles de calcular. Muchas otras trayectorias libres malas pueden ser definidas. En la fase de gas, el $\, \ lambda$ es definido a menudo como la trayectoria libre mala difusional, si se asume que una relación aproximada simple es exacto:

$D = \ frac {1} {2} \ lambda \, v$ .

Cuando el $\, v$ es la velocidad de la media cuadrada de la raíz de las moléculas del gas:

= \ raíz cuadrada del $v \, k \,} \ encima de T {m$

donde

el $\, m$ es la masa de la especie de difusión. Esta ecuación aproximada llega a ser exacta cuando está utilizada para definir la trayectoria libre mala difusional.

Movilidad en el dióxido de silicio/el interfaz del silicio de los transistores del MOSFET

Para los MOSFETs del canal N o del p-channel la movilidad del electrón o de agujero en el dióxido de silicio /el interfaz del silicio tiene un efecto muy fuerte en la velocidad del dispositivo. En 1997, profesor Mark Lundstrom de la universidad de Purdue precisada para los nanotransistors, el transporte balístico quasi- es posible y la velocidad máxima del portador de carga es controlada por la movilidad (en vez por de la saturación de la velocidad según teoría convencional). El aumento de la movilidad de MOSFETs puede tener una ventaja profunda a la electrónica de Digitaces, así todos los fabricantes digitales importantes del semiconductor han estado explorando métodos para aumentar movilidad en el dióxido de silicio/el interfaz del silicio de los transistores del MOS. Un acercamiento importante se conoce como ingeniería de la tensión.

Generalmente, el tres que dispersa los mecanismos está presente en el dióxido de silicio/el interfaz del silicio de los transistores del MOS:

Coulombic que dispersa en un voltaje de la puerta levemente sobre el voltaje del umbral.

Fonón que dispersa en un voltaje más alto de la puerta.

Aspereza superficial que dispersa en un voltaje más alto de la puerta.

Recientemente, los científicos han estado estudiando la posibilidad del " scattering" alejado de Coulombic;, que también se conoce como " scattering" alejado de la carga;. La dispersión alejada de la carga puede venir a partir de dos fuentes: Dispersión alejada de la carga del

bido a las impurezas ionizadas en la puerta de la polisilicona .

Dispersión alejada de la carga debido a la carga atrapada en el Alto-k dieléctrico .

En 2005, W. Lau precisado como hipótesis de Lau que " scattering" alejado de Coulombic; es solamente importante en la región subliminal y en la región levemente sobre umbral.

Ejemplos

Movilidad de electrón típica para el Si en la temperatura ambiente (300 K) es 0.92 m²/(V·s)

Zenithic

Pegu Sparrow

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