Techniklexikon

Beweglichkeit

Mobilität, Mass für die Geschwindigkeit, mit der Ladungstransport im Halbleiter stattfindet. Die Beweglichkeit m ist definiert als Proportionalitätskonstante zwischen Driftgeschwindigkeit _d der Ladungsträger und elektrischer Feldstärke E

Die Beweglichkeit ist temperaturabhängig. Ein Elektron, das in einem elektrischen Feld beschleunigt wird, wird nach einer typischen Zeit t an einem Atom gestreut und dabei abgebremst. Je grösser diese Zeit, desto grösser die Beweglichkeit. Es gilt für Teilchen der effektiven Masse m* und der Ladung e:

Bei ansteigender Temperatur nehmen die Gitterschwingungen und damit auch die Streuung an Phononen zu, so dass sich die Beweglichkeit gemäss  verringert.

Bei tiefen Temperaturen hingegen spielt Streuung an ionisierten Störstellen N_I eine dominierende Rolle, was zu einer Zunahme der Beweglichkeit mit der Temperatur nach  führt.

Zwischen diesen Grenzfällen nimmt die Beweglichkeit als Funktion der Temperatur ein Maximum ein, dessen Lage von der Dotierkonzentration (p- oder n-Dotierung) abhängt.

Die Beweglichkeit kann mit Hall-Effekt-Messungen bestimmt werden, wobei Effekte aufgrund von Streuung im Magnetfeld und Details der Bandstruktur berücksichtigt werden müssen, um von der Hall-Beweglichkeit auf die Beweglichkeit zu schliessen.

Beweglichkeit der Elektronen in Silicium als Funktion der Temperatur für verschiedene Dotierungen. Bei schwach dotiertem Silicium (a) nimmt die Mobilität mit sinkender Temperatur stetig zu, da die Streuung der Elektronen an Phononen abnimmt, während bei höher dotiertem Silicium (b) und (c) die Mobilität ein Maximum hat, da bei tiefen Temperaturen die Streuung an ionisierten Störstellen überwiegt.