扩散电流

扩散电流密度是由载流子（电子和/或电子空穴）扩散引起的半导体中的电流。这是由于半导体中带电粒子浓度不均匀而发生的电荷传输引起的电流。相比之下，漂移电流是由于电场施加在电荷载流子上的力引起的电荷载流子的运动。 拖散电流可以与漂移电流方向相同或相反。 扩散电流和漂移电流一起由漂移-扩散方程描述。

在描述许多半导体器件时，有必要考虑扩散电流的部分。 例如，p-n 结耗尽区附近的电流主要由扩散电流决定。 在耗尽区内，存在扩散电流和漂移电流。 在 p-n 结平衡时，耗尽区中的正向扩散电流与反向漂移电流平衡，因此净电流为零。

掺杂材料的扩散常数可以通过 Haynes–Shockley 实验确定。 或者，如果载流子迁移率已知，扩散系数可以根据关于电迁移率的爱因斯坦关系式确定。

下表比较了两种电流：

发生扩散电流不需要跨越半导体的外部电场。这是因为扩散是由于载体颗粒浓度的变化而不是浓度本身引起的。 载流子粒子，即半导体的空穴和电子，从浓度较高的地方移动到浓度较低的地方。因此，由于空穴和电子的流动，存在电流。 该电流称为扩散电流。 漂移电流和扩散电流构成了导体中的总电流。 载体颗粒浓度的变化形成梯度。 由于这个梯度，在半导体中产生电场。

在 n 和 p 随距离变化的区域中，由于导电性，扩散电流叠加在该区域上。

F是通量。De是扩散系数或扩散率∇ n {\displaystyle \nabla n}是电子的浓度梯度有负号是因为扩散方向与浓度梯度方向相反

电荷载体的扩散系数通过爱因斯坦关系与其迁移率相关

kB 是玻尔兹曼常数 T 是xxx温度 e 是电子的电荷

现在让我们关注沿 x 轴的一维扩散电流请注意，对于电子，扩散电流与电子密度梯度的方向相同，因为负电荷的负号和菲克定律相互抵消。 然而，空穴带有正电荷，因此菲克定律的负号被保留下来。

将扩散电流叠加在漂移电流上得到

考虑恒定电场 E 中的电子。电子将流动（即存在漂移电流），直到密度梯度增加到足以使扩散电流准确地平衡漂移电流。 所以在平衡时没有净电流

为了推导半导体二极管中的扩散电流，耗尽层必须比平均自由程大。从半导体二极管中净电流密度 J 的方程式开始，

(1)

其中 D 是所考虑介质中电子的扩散系数，n 是每单位体积的电子数（即数密度），q 是电子电荷的大小，μ 是介质中的电子迁移率，E = -dΦ/dx（Φ电势差）是作为电势的电势梯度的电场。