Подвижность носителей заряда

Подви́жность носи́телей заря́да в кристалле, величина, равная отношению дрейфовой скорости ${\displaystyle v_{\text{др}}}$, т. е. скорости направленного движения носителей заряда, вызванного электрическим полем, к напряжённости ${\displaystyle {E}}$ этого поля: ${\displaystyle \displaystyle \mu =v_{\text{др}}/E}$. Дрейфовая скорость и, следовательно, подвижность носителей заряда ограничиваются процессами рассеяния носителей заряда, происходящими на дефектах кристаллической решётки (главным образом на примесных атомах), а также на тепловых колебаниях кристаллической решётки. Следовательно, подвижность носителей заряда зависит от температуры ${\displaystyle {T}}$. С понижением ${\displaystyle {T}}$ доминирующим становится рассеяние на заряженных дефектах, вероятность которого растёт с уменьшением энергии носителей заряда.

Средняя дрейфовая скорость ${\displaystyle {{\overline {v}}_{\text{др}}=e{\boldsymbol {E}}\tau /m}}$, где ${\displaystyle {m}}$ – эффективная масса носителей заряда, ${\displaystyle {e}}$ – их заряд, ${\displaystyle {\tau }}$ – время релаксации импульса (т. н. транспортное время); следовательно, ${\displaystyle {\mu =e\tau /m}}$. Электрическая проводимость кристалла связана с подвижностью носителей заряда соотношением ${\displaystyle {\sigma =ne\mu }}$, где ${\displaystyle {n}}$ – концентрация носителей заряда. Понятие подвижности носителей заряда играет важную роль при описании свойств полупроводников и проводников, в которых ${\displaystyle {n}}$ зависит от ${\displaystyle {T}}$, поскольку позволяет разделить вклады в электрическую проводимость, обусловленные изменением концентрации ${\displaystyle {n}}$ с температурой и температурной зависимостью вероятности рассеяния носителей заряда.

Подвижность носителей заряда при ${\displaystyle {T=300{\text{К}}}}$ варьируется в пределах от 10⁵ до 10^–3 см² /(В·с). В слабом электрическом поле ${\displaystyle {\mu >0}}$ как для электронов, так и для дырок, хотя направления их дрейфа противоположны. Разные типы носителей заряда в одном и том же веществе имеют различные значения ${\displaystyle {\mu }}$, а в анизотропных кристаллах ${\displaystyle {\mu }}$ зависит от направления ${\displaystyle {\boldsymbol {E}}}$ относительно кристаллографических осей. В сильных электрических полях средняя энергия электронов превышает равновесную и растёт с ростом напряжённости ${\displaystyle {\mu }}$; при этом ${\displaystyle {\tau }}$ и, следовательно, μ также начинают зависеть от ${\displaystyle {\boldsymbol {E}}}$ (горячие электроны).