电子电洞浓度乘积英文解释翻译、电子电洞浓度乘积的近义词、反义词、例句

英语翻译：

【电】 np product

分词翻译：

电子的英语翻译：

electron
【化】 electron
【医】 e.; electron

电洞的英语翻译：

【电】 electron hole; hole

浓度的英语翻译：

chroma; consistence; consistency; deepness; strength
【化】 concentration
【医】 concentration; M-concentration M; strength

乘积的英语翻译：

product

专业解析

在半导体物理学中，电子电洞浓度乘积（Electron-Hole Concentration Product）是一个描述本征半导体或处于热平衡状态下的半导体中载流子浓度关系的基本物理量。其英文对应术语为n₀p₀ 或更常见的nᵢ² (本征载流子浓度的平方)。

详细解释如下：

物理本质：
- 在纯净的、未掺杂的本征半导体中，导电的载流子来源于价带电子获得足够能量跃迁到导带。这个过程产生一对载流子：一个带负电的导带电子（Electron Concentration, n₀）和一个带正电的价带空穴（Hole Concentration, p₀）。
- 在热平衡状态下，电子和空穴的产生率与复合率相等，使得它们的浓度保持稳定。
- 对于给定的半导体材料（如硅、锗、砷化镓）和温度（T），在热平衡时，电子浓度（n₀）和空穴浓度（p₀）的乘积是一个常数，这个常数等于该材料在该温度下的本征载流子浓度（nᵢ）的平方。即： $$ n₀ p₀ = nᵢ² $$
- 这个关系式称为质量作用定律（Mass Action Law），是半导体统计物理学的一个重要结果。它表明，在热平衡下，即使材料被掺杂（非本征半导体），电子浓度和空穴浓度的乘积仍然保持为 nᵢ²。
数学表达与意义：
- 核心公式： $$ n₀ p₀ = nᵢ² $$
- nᵢ (本征载流子浓度)：是本征半导体中导带电子浓度和价带空穴浓度的值（此时 n₀ = p₀ = nᵢ）。nᵢ 强烈依赖于温度和半导体材料的禁带宽度（Eg）。其表达式通常为： $$ nᵢ² = N_c N_v e^{-E_g / kT} $$ 其中：
  - N_c：导带有效状态密度
  - N_v：价带有效状态密度
  - E_g：半导体禁带宽度
  - k：玻尔兹曼常数
  - T：绝对温度
- 关键意义：该乘积关系揭示了半导体中两种载流子浓度的内在联系。如果通过掺杂（例如掺入施主杂质）增加了电子浓度（n₀），那么根据 n₀ p₀ = nᵢ²，空穴浓度（p₀）必然会按比例减小，反之亦然。这使得 n₀ p₀ = nᵢ² 成为分析非本征半导体载流子浓度和计算器件特性的基础。
应用与重要性：
- 器件物理基础：该乘积关系是理解二极管、双极型晶体管（BJT）、场效应晶体管（FET）等几乎所有半导体器件工作原理的核心。例如：
  - 在 PN 结中，热平衡下结两侧的 n₀ p₀ 都等于 nᵢ²。
  - 在分析器件的电流-电压特性（如二极管的正向电流公式）时，nᵢ² 是一个关键参数。
- 材料表征：nᵢ² 的值（或 nᵢ）是表征半导体材料性质（特别是禁带宽度 Eg）的重要参数。
- 温度依赖性：由于 nᵢ 随温度指数增长（主要源于 e^{-E_g / kT} 项），n₀ p₀ = nᵢ² 也随温度急剧变化，这对半导体器件的温度稳定性有重要影响。

权威参考来源：

Neamen, D. A. (2012). Semiconductor Physics and Devices: Basic Principles (4th ed.). McGraw-Hill. 这本经典教材在“载流子浓度”章节详细推导了本征和非本征半导体的载流子统计，明确阐述了质量作用定律 n₀ p₀ = nᵢ² 及其物理基础和应用。
Sze, S. M., & Ng, K. K. (2007). Physics of Semiconductor Devices (3rd ed.). Wiley-Interscience. 这部权威著作在讨论 PN 结、双极晶体管等器件的物理模型时，反复应用了 n₀ p₀ = nᵢ² 这一关系式，强调了其在器件分析中的核心地位。
Streetman, B. G., & Banerjee, S. K. (2016). Solid State Electronic Devices (7th ed.). Pearson. 该书在“半导体中的平衡载流子”部分清晰解释了本征载流子浓度 nᵢ 的概念，并推导出热平衡下载流子浓度的乘积恒等于 nᵢ²。

网络扩展解释

电子电洞浓度乘积是半导体物理学中的一个重要概念，指在一定温度下，材料中自由电子浓度（n）与空穴（电洞）浓度（p）的乘积。根据热平衡状态下的载流子统计规律，两者的乘积满足以下关系：

$$ n times p = n_i $$

其中，(n_i) 是材料的本征载流子浓度，仅与材料种类和温度相关。这一关系表明：

热平衡特性：即使材料被掺杂（如n型或p型半导体），电子与空穴浓度的乘积仍保持恒定，仅由温度决定。
应用意义：该乘积常用于分析半导体器件的电学特性，例如二极管、太阳能电池中的载流子分布。

例如，在室温下，硅的本征载流子浓度约为(1.5 times 10^{10} , text{cm}^{-3})，因此电子与空穴浓度的乘积恒定为(2.25 times 10^{20} , text{cm}^{-6})。这一规律为半导体器件的设计与分析提供了理论基础。