Elektronenmobilität
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Die Elektronenmobilität (oder einfach Mobilität) bezeichnet in der Physik den Zusammenhang zwischen einem angelegten elektrischen Feld und der Driftgeschwindigkeit von Defekt-/Elektronen in einem Festkörper beziehungsweise von Elektronen/Ionen in einem Gas. Die Driftgeschwindigkeit ergibt sich direkt aus dem angelegten elektrischen Feld
- vd = μE,
mit der Mobilität μ.
In metrischen Einheiten wird die Mobilität gewöhnlich in cm2/(V·s) angegeben. Da die Mobilität stark von der Anzahl von Störstellen und der Temperatur abhängt, ist es schwierig hier Werte für häufige Materialien anzugeben. Die Mobilität ist zudem unterschiedlich für Elektronen und Defektelektronen in einem Halbleiter. Falls einer der beiden Ladungsträger dominiert, so ist die Leitfähigkeit des Halbleiters proportional zur Mobilität dieses Ladungsträgers.
Die Elektronenmobilität für GaAs bei Zimmertemperatur (300 K) liegt typischerweise bei 9200 cm2/(V·s).
Näherungsweise lässt sich die Mobilität als Kombination von Effekten von Gitterschwingungen (Phononen) und von Störstellen durch die folgende Gleichung ausdrücken (Matthiessensche Regel):
.
[Bearbeiten] Mobilität in der Gasphase
Mobilität wird für jeden Bestandteil der Gasphase einzeln definiert. Dies ist von besonderem Interesse in der Plasmaphysik. Die Definition lautet:
wobei,
q - Ladung des Bestandteils,
νm - Stoßfrequenz,
m - Masse,
Der Zusammenhang zwischen der Mobilität und dem Diffusionskoeffizienten ist als Einstein-Gleichung bekannt:
wobei,
die Diffusionskonstante,
λ die mittlere freie Weglänge,
kB die Boltzmannkonstante und
T die Temperatur bezeichnen.
[Bearbeiten] Elektronenmobilität einiger Stoffe
| Material | Elektronenmobilität | Anmerkungen |
|---|---|---|
| organische Halbleiter | ≤ 10 cm2·V-1·s-1 | bei 300 K |
| Silizium | 1.400 cm2·V-1·s-1 | bei 300 K |
| Indiumantimonid | 77.000 cm2·V-1·s-1 | bei 300 K |
| Kohlenstoff-Nanoröhrchen | 100.000 cm2·V-1·s-1 | bei 300 K |
| Graphen | 10.000 cm2·V-1·s-1 | bei 300 K; auf SiO2-Träger |
| Graphen | 200.000 cm2·V-1·s-1 | bei 300 K; theoretischer Maximalwert |
| Zweidimensionales Elektronengas | 3.000.000 cm2·V-1·s-1 | nahe dem absoluten Nullpunkt |
