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Driftgeschwindigkeit

Mittlere Geschwindigkeit der Ladungsträger bewegung in einem elektrischen Feld f Drift), die insgesamt den elektrischen Strom ergibt. Die Bewegung der Ladungsträger verläuft nicht ungestört, sondern wird durch Stoßvorgänge bzw. elektrische Wechselwirkung (Streuprozesse) behindert. In Halbleitern erfolgt die Streuung hauptsächlich an Störstellen und Schwingungen des Gitters, den sog. Phononen (Leitungsmechanismus). Mit steigender Feldstärke E nimmt die D. VD anfänglich nach der Beziehung VD = E zu, wobei der Proportionalitätsfehler durch die Ladungsträgerbeweglichkeit gegeben ist. Oberhalb einer kritischen Feldstärke £k spielen Streuprozesse eine immer größere Rolle, und VD geht in die Sättigungsdriftgeschwindigkeit V% über; sie nähert sich bei höheren Feldern einem konstanten Wert (Bild, Kurve 1). Derartige Felder kommen in elektronischen Bauelementen üblicherweise nicht vor, werden aber z. B. bei Feldeffekttransistoren mit kurzem Kanal (Gatelänge Lg < 1 m) wirksam und können dort die erreichbaren Arbeitsgeschwindigkeiten bzw. Grenzfrequenzen beschränken. Bei einigen Halbleitern mit spezieller Bandstruktur, wie Galliumarsenid oder Indium-phosphid, zeigt die D. einen anderen Verlauf (Bild, Kurve 2); sie nimmt oberhalb von £k sogar ab (negative differentielle Elektronenbeweglichkeit, NDB). Diese Erscheinung bildet die Ursache für den Gunn-Effekt. Festkörperphysik, vd, in der Festkörperphysik die mittlere Geschwindigkeit der Elektronen in einem Festkörper zum Zeitpunkt t: Driftgeschwindigkeit (mit Ne: Anzahl der Elektronen, vi: momentane Geschwindigkeit des i-ten Elektrons). Die Driftgeschwindigkeit überlagert sich bei Anwesenheit eines äusseren elektrischen Feldes E(t) der isotropen Bewegung der Elektronen, deren Mittelwert null ergibt. Im elektrischen Feld erhalten alle Elektronen in der Zeit t zwischen zwei Stössen den zusätzlichen Impuls mevd(t) (mit me: Elektronenmasse), der die Fermi-Kugel im k-Raum in Feldrichtung wandern lässt. t wird auch Relaxationszeit genannt, und das Produkt aus Relaxationszeit und Elektronengeschwindigkeit ist die mittlere freie Weglänge. Aus der Bewegungsgleichung Driftgeschwindigkeit (e: Elementarladung) folgt Driftgeschwindigkeit. Die Proportionalitätskonstante zwischen Driftgeschwindigkeit und elektrischem Feld ist die Beweglichkeit m, für sie gilt: m = vd/E = t e/me. Im elektrostatischen Fall E = const. (Elektrostatik) hängen Stromdichte j, Driftgeschwindigkeit und elektrisches Feld gemäss dem Ohmschen Gesetz

Driftgeschwindigkeit

zusammen (s: elektrische Leitfähigkeit).

 

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