對(duì)于絕大多數(shù)的半導(dǎo)體材料，當(dāng)其兩端施加一定的偏置電壓時(shí)，電子或空穴會(huì)在外加電場(chǎng)的作用下進(jìn)行漂移運(yùn)動(dòng)，且漂移速度隨著電場(chǎng)的增加而增大，直到達(dá)到飽和漂移速度；然而，對(duì)于某一類半導(dǎo)體材料而言，例如n-GaAs，當(dāng)半導(dǎo)體內(nèi)部的電場(chǎng)處于某一范圍時(shí)，n-GaAs材料會(huì)呈現(xiàn)出負(fù)微分電導(dǎo)區(qū)，電子的平均漂移速度逐漸減小，遷移率則為負(fù)值。為什么會(huì)出現(xiàn)這種現(xiàn)象？由什么引起？帶著這些疑問(wèn)，小賽將為大家慢慢解讀。

GaAs材料的能帶結(jié)構(gòu)，可以看出GaAs材料的導(dǎo)帶存在兩個(gè)能谷，分別為能谷1和能谷2 ［1］。導(dǎo)帶最低能谷1和價(jià)帶頂極值都位于布里淵區(qū)中心，在 ［111］ 方向的布里淵區(qū)邊界L處還有一個(gè)高出約0.29 eV的能谷2，且能谷2的曲率比能谷1小，所以能谷2中電子的有效質(zhì)量大于能谷1中電子的有效質(zhì)量；這導(dǎo)致兩個(gè)能谷中的電子遷移率有所不同，即能谷2中的電子遷移率比能谷1中的電子遷移率更小。

一般情況下，即溫度不高，電場(chǎng)較弱時(shí)，導(dǎo)帶中大部分電子位于能谷1中；而圖1（b）表明，當(dāng)半導(dǎo)體內(nèi)電場(chǎng)達(dá)到3×103 V/cm時(shí)，電子的平均漂移速度開(kāi)始減小，此時(shí)微分電導(dǎo)為負(fù)值；這是由于電場(chǎng)達(dá)到某一值后，能谷1中電子可以從電場(chǎng)中獲得足夠的能量，使其能被激發(fā)到具有更高的能級(jí)能谷2中。由于能谷中遷移率的差異性，能谷2中電子的平均漂移速度減小，從而造成負(fù)微分電導(dǎo)現(xiàn)象，從而發(fā)生能谷間的散射［1］。

除了n-GaAs，n型的磷化銦，碲化鎘，砷化銦以及n型鍺等半導(dǎo)體材料在一定條件下都能產(chǎn)生多能谷散射與負(fù)微分電導(dǎo)現(xiàn)象。

另外，對(duì)于近幾年受到廣泛關(guān)注的寬禁帶半導(dǎo)體材料GaN來(lái)說(shuō)，雖然導(dǎo)帶底能谷與其它能谷能級(jí)間的能量差值較大，但是同樣存在多能谷散射與負(fù)微分電導(dǎo)現(xiàn)象。

當(dāng)GaN體內(nèi)電場(chǎng)達(dá)到15 MV/m臨界值時(shí)，電子的漂移速度開(kāi)始出現(xiàn)下降現(xiàn)象，此時(shí)的微分電導(dǎo)為負(fù)值［2］。同樣，由圖2（b）也可以觀察到，當(dāng)半導(dǎo)體兩端外加偏壓為50 V的時(shí)候，由于多能谷散射造成的負(fù)微分電導(dǎo)效應(yīng)，導(dǎo)致出現(xiàn)電流下降的現(xiàn)象［3］。由此可以充分說(shuō)明在研究與設(shè)計(jì)GaN基的半導(dǎo)體器件時(shí)，谷間散射是一個(gè)影響電導(dǎo)率的不容忽視的因素。

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