1、電工信息物理學周期勢場中的電子和能帶論原子相互接近形成晶體電子不再局限在某一個原子電子可以從一個原子轉移到另一個原子電子在整個晶體中共有化運動不同原子的相似殼層交替理想晶體：電子處于嚴格的周期性勢場中 電子運動狀態不變，速度不變實際晶體：晶格原子振動、雜質、缺陷周期性勢場偏離理想電子運動狀態變化、速度變化電子勢能改變穩定、非平衡電子分布使電子分布向恢復平衡發展恒定外力場電子定向運動使電子分布向非平衡發展兩個原子相距較遠，其能級與孤立原子一樣，但有2度簡并原子相互接近，每個原子中的電子除受本身原子勢場作用外，還受另外原子勢場的作用 每個2度簡并的能級分裂成2個相距很近的能級原子間距 r0 ：晶體

2、中平衡態原子間的距離分裂的能級數目達到平衡狀態形成晶體眾多的分裂能級形成連續的能帶晶體中原子密度很高1022 原子/cm3 r0 ：晶體中平衡態原子間的距離能級分裂形成的能帶都稱為允帶允帶之間的能態空隙稱為禁帶實際晶體的能級分裂情況比較復雜例：硅（Si）晶體能級分裂a0 ：硅晶體中平衡態原子間的距離允帶I ：導帶禁帶允帶II ：導帶3.1 .2 Kronig-Penney模型大量原子周期性排列原子核多體多電子問題薛定諤方程多體晶體困難電子多電子多體多電子問題單體多電子問題薛定諤方程能帶理論單體單電子問題電子運動速度 離子運動速度哈特里.福克單電子近似法其他電子作用按幾率分布用一個平均勢場表示離

3、子運動與電子運動不交換能量假定離子固定在平衡位置上不動絕熱近似原子核勢場原子實：除價電子外，包括原子核和所以殼層的離子單電子原子例：孤立原子位函數相鄰原子實的交疊位函數其他電子的排斥作用削弱原子實的位函數起伏一個電子實際存在的位函數 V(r)= -e2 /40r 核中質子產生的電勢為：電子在該電場中運動的束縛位函數為：定態薛定諤方程：晶體中周期性勢場與晶格有相同的周期單電子在一維周期性勢場中的運動滿足薛定諤方程與 ，為同一能量本征值的波函數= ，a為晶格常數，n為整數自由電子波函數為平面波布洛赫定理：在一維周期性勢場中的單電子波函數為一個周期性調幅的平面波，其振幅周期為晶格周期，用布洛赫函數描

4、寫狀態的電子為布洛赫電子與 ，為同一能量本征值的波函數布洛赫函數)exp()(jkxAx=y則可以設此波函數的形式為：擴充成三維（u（x）是一個周期函數）自由電子的動量：hk/2 布洛赫函數：布洛赫函數周期性函數：晶格矢量：布洛赫電子的hk/2并不具備確定的動量，不具備嚴格意義下的動量含義，但它具有動量的性質，稱為準動量區區區： 區 ： 連續邊界條件： x=a, -b:根據連續邊界條件，可以獲得以A,B,C,D為未知數的四個線性齊次方程線性齊次方程組的非零解的條件時系數行列式為0：電子束縛在晶體內0：用數值解法或者圖解法可以確定k，E，V0 的關系假定勢壘很窄但很高而為有限值本征方程：求出總能

5、量E本征方程為簡化情況下，薛定諤方程有非零解的條件布洛赫函數求出 、區： 區 ： 3.1.3 k空間圖第一布里淵區第二布里淵區第三布里淵區第二布里淵區第三布里淵區簡約布里淵區每隔1/a的k表示的是同一 個電子態簡約不里淵區能帶圖E（k）- k的對應意義：一個k值與一個能級（又稱能量狀態）相對應； 每個布里淵區有N（N：晶體的固體 物理學原胞數）個k狀態，故每個能帶 中有N個能級； 每個能級最多可容納自旋相反的兩個電子，故 每個能帶中最多可容納2N個電子。 自由電子的能帶圖本征方程：自由粒子無勢場連續拋物線3.1.4 能帶論的其他模型1.自由電子模型晶體勢場很弱電子的行為很象自由電子以勢場平均值

6、 求解薛定諤方程實際勢場可以分解零級近似微擾法求解薛定諤方程修正 和 自由電子模型：電子能量與波矢的關系圖（色散關系）與kp模型類似色散曲線更接近自由電子的拋物線關系在附近有微小擾動 E(k)是偶函數適用于金屬價電子的粗略近似2.緊束縛模型：晶體中原子間的距離較近以孤立原子的能量作為零級近似原子間的相互作用很小每個原子對其他電子有較強的束縛作用簡并能級只對能級進行微擾能帶緊束縛模型：適用于導電性能較差的晶體，對狹窄內殼層 能帶的粗略近似3. 2 固體的導電性、有效質量和空穴3.2.1 能帶和鍵的模型：硅共價鍵例：T=0 K,價帶4N個能太填滿導帶為空帶，共價鍵圖為：T0 K,熱能使電子能量增加

7、，電子從價帶躍遷到導帶，價帶和導帶都是非滿帶，共價鍵圖為：溫度繼續升高價帶電子不斷躍遷到導帶價帶電子不斷增加空態無外力時，價帶空態和導帶電子在k空間的分布是對稱的3.2.2 晶體中電子運動的速度和加速度1 .速度自由電子：（只有動能、沒有勢能）自由電子的德布羅意平面波：2. 加速度，在一維空間分析加速度，在空間分析能量增量外力作功：3.2.3 有效質量有效質量電子與波失的關系（二階導數 ），決定有效質量的大小和正負能帶底E（k）極小值能帶頂E（k）極大值有效質量的物理意義電子有效質量電子的慣性質量m0外力F、晶體勢場Fc 外力F可使電子加速，但與自由電子不同晶體勢場Fc比外力F大的多，并且反向

8、，外力F不足以使電子加速半導體內部勢場+外電 場的共同作用概括了半導體內部勢場的作用 3.2.4 滿帶、部分填充的能帶和空穴1. 滿帶、部分填充導帶無電場時電子在狀態中的分布（畫線表示）（a）滿帶 (b)不滿的帶有電場時電子在狀態中的分布（畫線表示）（a）滿帶 (b)不滿的帶2. 電子能態的變化與導電性a.無外場E是k的偶函數一維：v是k的奇函數K與k兩個狀態的電子對電流的貢獻互相抵消晶體總電流0所有正負k狀態大的電子對b.外電場對電子狀態的影響K空間電子能態變化速度：外電場：滿帶電子能態各電子的能量E和速度v變化，但E(k)與v（k）的分布不變正負速度的電子的作用全部抵消總電流為0，不導電部

9、分填充的電子能態各電子的能量E和速度v變化，但E(k)與v（k）的分布不對稱正負速度的電子的作用部分抵消總電流不為0，導電外電場E外電場E 滿帶晶體不導電 部分填充能帶晶體導電1）滿帶中的電子不導電 即是說，+k態和-k態的電子電流互相抵消 所以，滿帶中的電子不導電。2) 而對部分填充的能帶，將產生宏觀電流。3. 空穴空穴：將價帶電子的導電作用等效為帶正電荷的準粒子的導電作用?？昭ǖ闹饕卣鳎?A、荷正電：+q； B、空穴濃度表示為p（電子濃度表示為n）； C、EP=-En D、mP*=-mn*T=0，無激發場價帶為滿帶，導帶為空帶不導電總電流密度為0T大于0，熱或其它激發價帶頂附近一些電子進

10、入導帶價帶頂附近出現一些空的狀態總電流密度不為0空穴在半導體內的運動方式因此，在半導體中存在兩種載流子：（1）電子； （2）空穴；而在本征半導體中，n=p。如左下圖所示： 空穴與導電電子3.2.5 金屬、絕緣體和半導體各種晶體都有各自的能帶能帶結構主要決定固體的電、磁、光等特性價電子是構成化學鍵的電子價電子決定導電特性價電子形成的能帶為價帶固體導電性能導體非導體金屬半導體半金屬絕緣體絕緣體：導帶為空，不導電價帶為滿帶，不導電禁帶寬度很大，約為6ev例如：金剛石禁帶寬度，電導率很小半導體：導帶為部分填充能帶，導電價為部分填充能帶，導電禁帶寬度比絕緣體小很多，約為1ev。例如Si的禁帶寬度，電導率

11、比絕緣體大的多T0K,導帶為空帶，不導電T0K,導帶為滿帶，不導電半金屬：導帶為部分填充能帶，導電價為部分填充能帶，導電導帶與價帶互相交疊電導率比半導體大的多金屬：導帶為部分填充能帶，導電電導率比半導體大的多導體、絕緣體和半導體的能帶模型 3.2.5 能帶一維概念的三維擴展實際的晶體是三維的不同方向有不同的原子間距、不同的位函數不同的k空間不同方向有不同的E（k）函數GaAs能帶結構Si能帶結構-k表示111晶向、k表示100晶向GaAs導帶底曲率比Si的大， GaAs導帶電子有效質量比Si的小GaAs導帶底與價帶頂具有相同的k值直接帶隙半導體能帶躍遷不改變電子的能量較適合于光學材料Si導帶在

12、100方向上價帶頂k0間接帶隙半導體，禁帶寬度仍然為導帶底與價帶頂之差能帶躍遷改變電子的動量和能量，滿足能量守恒與動量守恒Ge也是間接帶隙，導帶底在111方向GaAs的能帶結構的主要特征（2）Eg（300K）= 1.428eV Eg (0K) = 1.522eV(3)直接能隙結構半導體的載流子載流子：載運電流的粒子金屬自由電子半導體導帶電子、價帶空穴3.3.1 態密度函數E(k)曲線在導帶底與價帶頂接近自由電子的拋物線關系近似模型：三維無限深勢阱中的自由電子態密度函數：單位體積、單位能量允許電子占據的量子態數目。假設在能帶中能量E與E+dE之間的能量間隔dE內有量子態dZ個，則定義狀態密度g（

13、E）為：金屬、半導體導帶中允許電子相對運動，但被限制在晶體中晶體：邊長為a的立方體勢阱：p17頁一維的例子在k空間，兩個量子態的間距為/a ，考慮到泡利不相容原理，一個自旋量子態的體積為0.5(/a)3 二維k空間陣列k空間第一1/8球體考慮k空間第一1/8球體球殼體積為k空間的量子態密度態密度函數g（E）對于半導體：導帶底：價帶頂：導帶底：禁帶中：價帶頂：由此可知： 狀態密度gC（E）和gV（E） 與能量E有拋物線關系，還與有效質量有關，有效質量大的 能帶中的狀態密度大。3.3.2 費米分布函數與費米能級不發生相互作用的粒子，在量子態中的統計規律：MaxwellBoltzmann幾率函數 粒

14、子可區分，每個量子態的粒子數不限 容器中的低壓氣體分子 BoseEinstein幾率函數粒子不可區分，每個量子態的粒子數不限 黑體輻射FermiDirac（費米狄拉克）幾率函數粒子不可區分，每個量子態只允許占據一個電子晶體中的電子FermiDirac（費米狄拉克）幾率函數為波爾茲曼常數，且費米分布函數實際上就是能量為E的一個獨立的電子態被一個電子占據的幾率下圖為不同溫度下費米幾率函數：費米能級EF的意義費米能級EF ：描述電子統計分布的物理量，量綱為eVT0K: EEF ,f(E)=0,完全沒有電子 E0K EEF ,f(E) 1/2 E 1/2 E=EF, f(E) = 1/2EF kBTF

15、, ，TF為費米溫度F(E)1/2EEF費米能級EF的意義EF的位置比較直觀地反映了電子占據電子態的情況。即標志了電子填充能級的水平。 EF越高，說明有較多的能量較高的電子態上有電子占據 不同溫度下的量子態占據情況：, 對于本征半導體，EF位于禁帶中部：Eg ：半導體的費米溫度TF ：104105 K室溫：T=300K,則價帶頂:價帶主要由電子填充導帶電子很少導帶底：和為粒子占據能態的幾率為能態空占的幾率以為EF對稱對于本征半導體，費米分布函數玻爾茲曼分布函數波爾茲曼（Boltzmann）分布函數 空穴的費米分布函數3.3.2 半導體中的載流子 1. (本征半導體)導帶中電子和價帶中空穴濃度

16、在一定溫度T下，產生過程與復合過程之間處于動態 的平衡，這種狀態就叫熱平衡狀態。 處于熱平衡狀態的載流子n0和p0稱為熱平衡載流子。 它們保持著一定的數值。本征激發 當溫度一定時，價帶電子受到激發而成為導帶電子的過程 本征激發。激發前激發后非摻雜的半導體(本征半導體)T0KT0K價帶為滿帶，導帶為空帶價帶和導帶都不導電熱激發（本征激發）價帶電子進入導帶價帶空穴，導帶電子價帶和導帶為部分填充能帶價帶和導帶導電半導體中電子和空穴的有效質量 EC(k) 電子主要 在導帶底拋物線近似Ev(k) 空穴進入價帶頂拋物線近似故價帶電子有效質量為正而導帶電子有效質量是負的導帶電子統計分布玻爾茲曼近似單位體積電

17、子數（電子濃度）：（金屬自由電子）類比半導體單位體積能態密度導帶電子濃度：導帶有效態密度：價帶空穴統計分布玻爾茲曼近似價帶空穴能態密度價帶空穴濃度：價帶有效態密度：本征半導體熱激發，使價帶電子進入導帶導帶電子完全由價帶提供：（禁帶中心位置）T=0K,本征半導體的費米能級在禁帶中央本征半導體的平衡載流子濃度：T=0K,本征半導體的平衡載流子濃度與溫度、禁帶寬度有關，而與費米能級無關 1. 雜質半導體本征半導體提供導帶電子施主雜質提供價帶電子受主雜質N型半導體P型半導體淺能級雜質：淺能級/施主雜質的能級離導帶底/價帶頂很近淺能級施主原子很容易電離、施主離子很難俘獲電子淺能級受主原子很容易電離、受主

18、離子很難俘獲空穴深能級雜質：深能級施主/受主雜質的能級離導帶底/價帶頂很遠深能級雜質很難電離，很難為導帶或者價帶提供載流子雜質的電離能：N半導體T0K施主雜質原子電離成“”離子大量提供導帶電子少量俘獲電子總效應：大量提供導帶電子P半導體T0K受主雜質原子電離成“”離子大量提供價帶空穴少量俘獲電子總效應：大量提供價帶空穴施主原子密度ND 占據施主態電子濃度nd 為離化離子濃度，g為簡并度，一般取g2受主原子密度NA 受主態空穴濃度pa 為離化離子濃度，g為簡并度，一般取g2完全離化： T=0K： 補償半導體：既摻施主雜質，也摻受主雜質NDNA 為n型半導體NAND為p型半導體熱平衡時，半導體晶體

19、為電中性完全離化:本征載流子濃度:摻雜半導體載流子濃度隨溫度變化特性低溫弱電離N型半導體載流子濃度：費米能級：EF在導帶底與施主雜質能級之間T=0K， EF在導帶底與施主雜質能級中部T0K，施主雜質濃度增加時，EF向導帶底方向移動低溫弱電離p型半導體載流子濃度：費米能級：EFp在價帶頂與受主雜質能級之間T=0K， EFp在價帶頂與受主雜質能級中部T0K，受主雜質濃度增加時，EFp向價帶頂方向移動強電離載流子濃度：費米能級：n型半導體 p型半導體 高溫本征區：p型半導體 和n型半導體都具有本征半導體的特性：載流子濃度：費米能級：n半導體載流子濃度低溫弱電離：強電離：高溫本征區：低溫弱電離：僅施主

20、（雜質）上的部分有可能進導帶，即雜質能級代替本征半導體的價帶，kBT k BTEC-ED 高溫本征區：價帶躍遷到導帶的電子已經很多，遠多于雜質來的電子，與本征半導體相似3.3.4 半導體的連續性方程均勻摻雜半導體在熱平衡下，單位時間，單位體積電子空穴對產生數復合數載流子濃度不變載流子濃度均勻（電中性，包括雜質離子）外界（光或電）作用載流子濃度與平衡值有偏離，產生：非平衡多數載流子（多子）、非平衡少數載流子（少子）N型半導體光照后增加載流子，非平衡少子濃度：少子（空穴）總濃度：少子擴散擴散流密度:單位時間、通過單位面積的粒子數擴散定律：由于濃度不均勻而導致載流子（電子或空穴）從高濃度處向低濃度處

21、逐漸運動的過程 叫擴散空穴擴散流密度：Sp 空穴擴散系數：Dp 單位時間、單位體積內積累在x處的空穴數：少子復合單位時間、單位體積內在x處復合的空穴數：非平衡少子壽命單位時間、單位體積內空穴數隨時間的變化率：在恒定光照下達到穩定（擴散和復合動態平衡）：樣品足夠厚時 擴散長度表示非平衡空穴濃度從初始濃度下降到e的倒數倍時的距離電子的擴散定律與穩態擴散方程 外加電場如果有外加電場，則外加電場會產生漂移電流外電場E使少子（空穴）產生漂移運動，空穴的漂移電流密度為：空穴遷移率擴散電流與漂移電流 連續性方程：其他因素導致單位時間、單位體積內積累的空穴數： 擴散項漂移擴散項漂移項復合項其它3.4 金屬中的

22、自由電子3.4 .1 自由氣能量狀態與費米面單位體積中金屬的能態密度：單位體積中的電子數（電子濃度）：當T=0K時，費米能級費米溫度例如Na的費米能級：費米溫度一般情況，溫度升高對電子分布影響很小在費米能級EF 附近，溫度上升對電子分布的影響較大E= EF 的等能面為費米面自由電子的費米面：理想時為球面實際的費米面，與球面由較大的區別T=0K E EF ,完全沒有電子 E0K EF-kBTE EF的電子躍遷到EF E EF+kBT的能態上電子的費米面對金屬的物理特性有較大的影響3.4 .2 電阻率和溫度的關系漂移運動導致載流子分布偏離均勻外電場力：穩恒狀態，力平衡金屬外電場雜質、缺陷、晶格振動

23、、載流子碰撞、散射，導致載流子分布恢復均勻平均碰撞時間：阻力：電導率：遷移率：在費米面附近的電子對電導的貢獻：總自由電荷荷質比費米面附近的電子手晶格散射的弛豫時間遷移率:半導體n型半導體p型半導體晶格振動T晶格振動散射對載流子擴散加強主導高溫區電離雜質散射T載流子速度電離雜質對載流子散射主導低溫區遷移率:低溫， T遷移率由 主導，遷移率中溫，T遷移率由 主導，遷移率高溫，T遷移率由 主導，遷移率 載流子濃度n或者p低溫，T 低溫本征激發很小，主要由雜質電離增加載流子濃度中溫， T 中溫本征激發增加，雜質電離恒定，平穩增加載流子濃度高溫， T 高溫本征激發大幅度增加，雜質電離恒定，大幅度增加載流

24、子濃度 半導體電阻率與載流子濃度和遷移率成反比載流子濃度遷移率低溫，T電阻率載流子濃度遷移率中溫，T電阻率載流子濃度遷移率高溫，T電阻率半導體材料半導體材料元素半導體：Si、Ge、Se、Te化合物半導體：晶態、非晶態無機、有機化合物、氧化物3.5.1 -族化合物半導體-族化合物半導體的化學鍵：共價鍵和極性鍵構成的混合鍵-族化合物半導體由9中組成：GeAs（砷化鎵）單晶材料：閃鋅礦晶體結構，第二代半導體材料，繼Si后發展很快、應用最廣的半導體材料、直接帶隙光電子器件、光電存儲材料：InP(磷化銦)單晶材料：在某些材料上比GeAs（砷化鎵）更加優異發展的趨勢為：SiGeAsInP-族化合物半導體（

25、合金半導體）：例如： GePxAs1-x （三元素，0 x1） （AlxGeP1-xAsySb1-y四元素，0 x1， 0y1 ）黑點處：二元化合物半導體黑但間連線上的點：三元合金半導體連線保衛的面上的點：四元和經半導體橫坐標：晶格常數縱坐標：禁帶寬度、波長化合物半導體需要與襯底晶格常數匹配3.5.2 - 族化合物半導體 族半導體：Zn、Cd、Hg 族半導體：S、Se、Te-族化合物半導體的化學鍵：離子鍵、“自補償”作用自補償：摻受主雜質的半導體材料體內，由于熱缺陷會出現負空位，此負離子起施主作用，補償了受主；反之亦然。 有些- 族化合物半導體只呈現p型或者n型，稱為單極性半導體，例如Zn T

26、e 、Cd Se 、 CdS； 窄禁帶寬度半導體，用于遠紅外探測器（波長40m或以上） - 族三元化合物半導體： CdHgTe - 族化合物半導體：PbSnTe3.5.3 非晶態半導體非晶態半導體短程有序摻入無窮多雜質和缺陷引入雜質能帶1.非晶Si（- Si）半導體：太陽電池、場效應管（驅動液晶顯示，邏輯電路和圖像傳感器）2.硫屬玻璃半導體：奧氏（Ovshinsky）效應（奧 氏閾值開關、奧氏記憶開關）3.氧化物玻璃體：ITO3.5.4 有機半導體有機半導體：鍵（兩個鍵，共軛雙鍵）鍵電子在整個分子中運動有機化合物半導體的種類：分子晶體、絡合物合電荷轉移絡合物、長鍵或聚合物、有機染料和一些生物學

27、分子晶體例如：四氰基二甲苯（n型半導體電荷轉移絡合物）導電塑料（聚合物）3.6 幾種固態電子的體效應 固態電子效應（電、磁、聲、光、熱、力）：耿氏效應磁電效應熱電效應壓電效應聲電效應磁光效應光磁電效應熱磁電效應光磁熱效應3.6.1 磁電效應：霍爾（Hall）效應霍爾（Hall）效應霍爾效應的本質：固體材料中的載流子在外加磁場中運動時，因為受到洛侖茲力的作用而使軌跡發生偏移，并在材料兩側產生電荷積累，形成垂直于電流方向的電場，最終使載流子受到的洛侖茲力與電場斥力相平衡，從而在兩側建立起一個穩定的電勢差即霍爾電壓。 正交電場和電流強度與磁場強度的乘積之比就是霍爾系數。平行電場和電流強度之比就是電阻

28、率。大量的研究揭示：參加材料導電過程的不僅有帶負電的電子，還有帶正電的空穴。達到平衡使時有電場力與磁場洛倫茲力平衡霍爾遷移率：對n型半導體：霍爾電壓：霍爾系數：式中RH為霍爾系數，其定義為單位電流密度和單位磁感應強度所產生的霍爾電場，它與載流子濃度n和載流子電量e的關系：前述，對n型半導體有：載流子速度的統計分布（玻爾茲曼Boltzmann方程）n 為常規電子遷移率垂直磁場使載流子漂移運動發生轉移，電流同合成電場的夾角稱為霍爾角 ，在弱磁場情況下，偏轉比較小，霍爾角也很小。對于p型半導體 ：對于n型半導體：應用根據霍爾效應，人們用半導體材料制成霍爾元件，它具有對磁場敏感、結構簡單、體積小、輸出

29、電壓變化大和使用壽命長等優點，因此，在檢測、自動化、信息處理等領域得到廣泛的應用。確定半導體得導電類型 n型半導體： RH0確定載流子濃度p或者n測定霍爾系數RH 確定半導體得禁帶寬度結合電導率得測量，可得到多數載流子的遷移率測量磁場：遷移率較大的半導體高斯計磁阻效應：磁場較強時，載流子偏轉較大，沿外電場方向電流密度減小，即由于磁場的存在，使半導體的電阻較大在現代汽車上廣泛應用的霍爾器件有：在分電器上作信號傳感器、ABS系統中的速度傳感器、汽車速度表和里程表、液體物理量檢測器、各種用電負載的電流檢測及工作狀態診斷、發動機轉速及曲軸角度傳感器 3.6.2 熱電效應熱能與電能相互轉化熱電效應（a）

30、賽貝克效應氏檔兩個不同的導體A合B在連接處有不同的溫度時產生溫差電動勢VAB 的效應。賽貝克系數：（b）珀兒貼效應是電流IAB通過連接著的兩個不同導體A和B時在接頭處產生吸收熱量Q(放出熱量)的效應珀兒貼系數：（c）湯姆遜效應是電流I流經有溫度梯度的均勻導體時，除電阻產生的焦耳熱外附加吸收或者放熱的效應湯姆遜系數：熱電效應的賽貝克系數、珀兒貼系數和湯姆遜系數三個系數之間的關系3.6.2 耿氏效應耿氏效應:n型砷化鎵兩端電極上加以電壓.當電壓高到某一值時,半導體電流便以很高頻率振蕩,這個效應稱為耿氏效應. 耿氏效應與半導體的能帶結構有關:砷化鎵導帶最低能谷1位于布里淵區中心,在布里淵區邊界Lev.強時,電子從電場獲得較大能量由能谷1 躍遷到能谷2, 在速場特性上表現為不同的變化速率.在遷移率由變化到的過程中經過一個負阻區.在負阻區,遷移率為負值.這一特性也稱為負阻效應.其意義是隨著電場強度增大而電流密度減小.歐姆（Ohme）定律：電場強度E增加電流密度J線性增加n型GaAs，平均漂移速度vd并非一直隨電場強度上升而上升，而是有一個飽和值（電場強度3000V/cm時，達到最大值）電場強度E3000V/cm時，平均漂移速度vd隨電場強度上升而下降載流子遷移率隨電場強度上升而下降電流密度J不但不是線性增加，反而下降微分負阻 區A: