漂移速度實驗測量

用于評估恒定橫截面積材料中載流子漂移速度的公式由下式給出：

其中u是電子的漂移速度，j是流過材料的電流密度，n是電荷載流子數(shù)密度，q是電荷載流子上的電荷。

在正圓柱載流金屬歐姆導體的基本性質上，電荷載體是電子，這個表達式可以重寫為：

這里，u是電子的漂移速度，以m?s^-1為單位；

m是金屬的分子質量，單位為kg；

σ是介質在所考慮的溫度下的電導率，單位為S / m；

ΔV是施加在導體上的電壓；

ρ是導體的密度（單位體積質量），單位為kg·m^-3；

e是C中的基本電荷；

f是每個原子的自由電子數(shù)；

l是導體的長度，單位為m。

漂移速度是由于電場而導致的材料中諸如電子的粒子的平均速度。它也可以稱為軸向漂移速度。通常，電子將以費米速度隨機地在導體中傳播。施加的電場將使該隨機運動在一個方向上具有小的凈流速。

在半導體中，兩個主載流子散射機制是電離雜質散射和晶格散射。

因為電流與漂移速度成比例，電阻材料中的電流又與外部電場的大小成比例，歐姆定律可以用漂移速度來解釋。

歐姆定律的最基本表達方式是：

其中u是漂移速度，μ是材料的電子遷移率（單位為m² /（V?s）），E為電場（單位V / m）。

電通常用銅線進行。銅的密度為8.94g / cm³，原子重量為63.546g / mol，因此為140685.5mol / m³。一摩爾的任何元素有6.02×10²³個原子(阿伏伽德羅常數(shù))。 因此，在1m³的銅中，約有8.5×10²⁸個原子（6.02×10²³×140685.5mol / m³）。 銅每原子具有一個自由電子，所以n等于每立方米8.5×10²⁸個電子。

假設電流I = 1安培，直徑為2mm（半徑= 0.001米）的電線。 該導線的截面積為3.14×10^-6m²（A =π×（0.001m）²）。 一個電子的電荷為q = -1.6×10^-19C。因此可以計算漂移速度：

單位分析：

因此，在該線中，電子以23μm/s的速率流動。 在60Hz交流電流下，這意味著在半個周期內，電子漂移小于0.2μm。 換句話說，流過開關中的接觸點的電子將永遠不會離開開關。

相比之下，這些電子的費米流速（在室溫下可以被認為是沒有電流的近似速度）約為1570公里/秒。

熱運動和漂移運動

載流子在沒有受到任何驅動（即無濃度梯度，也無電場）時，它就進行著無規(guī)的熱運動。熱運動的特點：

①沒有方向性；

②不斷遭受散射；

③具有一定的熱運動能量和熱運動速度（vth），在溫度T時即滿足：(1/2)m*vth2=(3/2)kT，其中m*是載流子有效質量。在室溫下，vth≈107cm/s。

在有外電場作用時即發(fā)生漂移運動。漂移運動的特點：

①沿著電場的方向運動——定向運動；

②漂移運動是疊加在熱運動基礎之上的一種定向運動，因此漂移運動的速度——漂移速度必然小于熱運動速度；

③在漂移過程中將 不斷遭受散射（否則漂移速度將變成

漂移速度和遷移率

若電場強度為E，則由動量平衡關系可以給出平均漂移速度vd為：vd = qtE/m*.

可見，漂移速度與電場成正比，其比例系數(shù)就是載流子的所謂遷移率μ：μ= vd/E= qt/m*.

這就是說，載流子遷移率就是單位電場作用下、所產生的平均漂移速度，單位是[cm²/V^-s]。遷移率即表征著載流子在電場作用下加速運動的快慢。

漂移速度與電場的關系

在低電場下，遷移率m為常數(shù)，則漂移速度與電場成正比（vd∝E），即歐姆定律成立；但是在強電場下，由于載流子獲得很大的動能（大于熱能kT），成為了熱載流子，就可能把能量轉移到晶格上去，即可以產生出光學波聲子，而載流子本身的速度就不再升高——達到飽和，即為飽和速度vdsat。注意，飽和速度vdsat接近（但小于）熱運動速度；在室溫下，即約為107cm/s。

漂移速度-電場關系可以采用許多經(jīng)驗公式來表示，例如：vd=μE/[1 (μE/vdsat)].

可見，在低電場下，漂移速度與電場成正比（vd=μE）；而在強電場時，因為漂移速度不再與電場成正比，所以載流子的遷移率概念即失去了意義，這時應該采用恒定的漂移速度（vd=μE）來表征漂移運動。

當電場較強、使得電子獲得較高能量時，即可以從有效質量小的低能谷躍遷到有效質量大的高能谷上面去，并導致漂移速度下降，即產生負電阻。這種轉移電子效應所產生的負電阻是Gunn二極管工作的物理基礎。

漂移電壓和有效信號電壓無法分辨，嚴重時，漂移電壓甚至把有效信號電壓淹沒，使放大電路無法正常工作。

主要是溫度對三極管的影響。溫度的變化會使三極管的靜態(tài)工作點發(fā)生微小而緩慢的變化，這種變化量會被后面的電路逐級放大，最終在輸出端產生較大的電壓漂移。因此，零點漂移也叫溫漂。