電子電洞濃度乘積英文解釋翻譯、電子電洞濃度乘積的近義詞、反義詞、例句

英語翻譯：

【電】 np product

分詞翻譯：

電子的英語翻譯：

electron
【化】 electron
【醫】 e.; electron

電洞的英語翻譯：

【電】 electron hole; hole

濃度的英語翻譯：

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

乘積的英語翻譯：

product

專業解析

在半導體物理學中，電子電洞濃度乘積（Electron-Hole Concentration Product）是一個描述本征半導體或處于熱平衡狀态下的半導體中載流子濃度關系的基本物理量。其英文對應術語為n₀p₀ 或更常見的nᵢ² (本征載流子濃度的平方)。

詳細解釋如下：

物理本質：
- 在純淨的、未摻雜的本征半導體中，導電的載流子來源于價帶電子獲得足夠能量躍遷到導帶。這個過程産生一對載流子：一個帶負電的導帶電子（Electron Concentration, n₀）和一個帶正電的價帶空穴（Hole Concentration, p₀）。
- 在熱平衡狀态下，電子和空穴的産生率與複合率相等，使得它們的濃度保持穩定。
- 對于給定的半導體材料（如矽、鍺、砷化镓）和溫度（T），在熱平衡時，電子濃度（n₀）和空穴濃度（p₀）的乘積是一個常數，這個常數等于該材料在該溫度下的本征載流子濃度（nᵢ）的平方。即： $$ n₀ p₀ = nᵢ² $$
- 這個關系式稱為質量作用定律（Mass Action Law），是半導體統計物理學的一個重要結果。它表明，在熱平衡下，即使材料被摻雜（非本征半導體），電子濃度和空穴濃度的乘積仍然保持為 nᵢ²。
數學表達與意義：
- 核心公式： $$ n₀ p₀ = nᵢ² $$
- nᵢ (本征載流子濃度)：是本征半導體中導帶電子濃度和價帶空穴濃度的值（此時 n₀ = p₀ = nᵢ）。nᵢ 強烈依賴于溫度和半導體材料的禁帶寬度（Eg）。其表達式通常為： $$ nᵢ² = N_c N_v e^{-E_g / kT} $$ 其中：
  - N_c：導帶有效狀态密度
  - N_v：價帶有效狀态密度
  - E_g：半導體禁帶寬度
  - k：玻爾茲曼常數
  - T：絕對溫度
- 關鍵意義：該乘積關系揭示了半導體中兩種載流子濃度的内在聯繫。如果通過摻雜（例如摻入施主雜質）增加了電子濃度（n₀），那麼根據 n₀ p₀ = nᵢ²，空穴濃度（p₀）必然會按比例減小，反之亦然。這使得 n₀ p₀ = nᵢ² 成為分析非本征半導體載流子濃度和計算機件特性的基礎。
應用與重要性：
- 器件物理基礎：該乘積關系是理解二極管、雙極型晶體管（BJT）、場效應晶體管（FET）等幾乎所有半導體器件工作原理的核心。例如：
  - 在 PN 結中，熱平衡下結兩側的 n₀ p₀ 都等于 nᵢ²。
  - 在分析器件的電流-電壓特性（如二極管的正向電流公式）時，nᵢ² 是一個關鍵參數。
- 材料表征：nᵢ² 的值（或 nᵢ）是表征半導體材料性質（特别是禁帶寬度 Eg）的重要參數。
- 溫度依賴性：由于 nᵢ 隨溫度指數增長（主要源于 e^{-E_g / kT} 項），n₀ p₀ = nᵢ² 也隨溫度急劇變化，這對半導體器件的溫度穩定性有重要影響。

權威參考來源：

Neamen, D. A. (2012). Semiconductor Physics and Devices: Basic Principles (4th ed.). McGraw-Hill. 這本經典教材在“載流子濃度”章節詳細推導了本征和非本征半導體的載流子統計，明确闡述了質量作用定律 n₀ p₀ = nᵢ² 及其物理基礎和應用。
Sze, S. M., & Ng, K. K. (2007). Physics of Semiconductor Devices (3rd ed.). Wiley-Interscience. 這部權威著作在讨論 PN 結、雙極晶體管等器件的物理模型時，反複應用了 n₀ p₀ = nᵢ² 這一關系式，強調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. 該書在“半導體中的平衡載流子”部分清晰解釋了本征載流子濃度 nᵢ 的概念，并推導出熱平衡下載流子濃度的乘積恒等于 nᵢ²。

網絡擴展解釋

電子電洞濃度乘積是半導體物理學中的一個重要概念，指在一定溫度下，材料中自由電子濃度（n）與空穴（電洞）濃度（p）的乘積。根據熱平衡狀态下的載流子統計規律，兩者的乘積滿足以下關系：

$$ n times p = n_i $$

其中，(n_i) 是材料的本征載流子濃度，僅與材料種類和溫度相關。這一關系表明：

熱平衡特性：即使材料被摻雜（如n型或p型半導體），電子與空穴濃度的乘積仍保持恒定，僅由溫度決定。
應用意義：該乘積常用于分析半導體器件的電學特性，例如二極管、太陽能電池中的載流子分布。

例如，在室溫下，矽的本征載流子濃度約為(1.5 times 10^{10} , text{cm}^{-3})，因此電子與空穴濃度的乘積恒定為(2.25 times 10^{20} , text{cm}^{-6})。這一規律為半導體器件的設計與分析提供了理論基礎。