Elektronenmobilität

Elektronenmobilität μ_e ist eine Kenngröße der Bewegung von Elektronen unter dem Einfluss eines elektrischen Feldes. Im Drude-Modell beschreibt sie die Driftgeschwindigkeit v_d eines Elektrons durch v_d = μ_e E. Die Einheit ist m^2/(V·s) bzw. cm^2/(V·s).

In Halbleitern ist μ_e die Driftmobilität der Elektronen; der Gesamtleitwert σ wird durch σ = n e μ_e + p e μ_h bestimmt, wobei n die Elektronenkonzentration, p die Lochkonzentration und μ_h die Lochmobilität ist. Die Beweglichkeit wird von Streuung beeinflusst: Phononen-Streuung (temperaturabhängig) und Ionenimpurity-Streuung (Doping). Mit steigender Temperatur nimmt die Phononstreuung zu und die Mobilität sinkt; hohe Dotierung oder minderwertige Reinheit verringern μ_e durch Ion-Streuung.

Messung: Die Hall-Messung liefert die Hall-Mobilität μ_H = σ|R_H|. In rein n-Typ Materialien nähert μ_H μ_e; bei Mischkonduktion können Abweichungen auftreten; das Verhältnis hängt von Trägeranteilen ab. Das Verhältnis von Hall- zu Driftmobilität dient oft zur Beurteilung der Trägerdominanz und der Mehrträger-Systeme.

Bedeutung: Die Elektronenmobilität beeinflusst die Leistungsfähigkeit elektronischer Bauelemente wie Transistoren, Dioden, Solarzellen und integrierte Schaltkreise. Höhere μ_e ermöglichen schnellere Schaltvorgänge und geringere Verluste, besonders in Hochgeschwindigkeits- oder leistungsdichten Anwendungen.

Typische Werte: Silizium bei Raumtemperatur: μ_e ≈ 1350 cm^2/(V·s), μ_h ≈ 480 cm^2/(V·s). GaAs: μ_e ≈ 8500 cm^2/(V·s), μ_h ≈ 400 cm^2/(V·s).