熱載流子效應

其一是非線性的速度-電場關係：Si中的載流子在高電場時即呈現出漂移速度飽和現象，這就是由於熱載流子發射光學波聲子(約0.05eV)的結果。GaAs中的電子當被電場“加熱”到能量kTe達到0.31eV時（Te是所謂熱載流子温度），即從主能谷躍遷到次能谷，從而產生負阻現象。

其二是碰撞電離效應：熱電子與晶格碰撞、並打破價鍵，即把價電子激發到導帶而產生電子-空穴對的一種作用，碰撞電離需要滿足能量和動量守恆，所需要的能量Ei ≈ 3 Eg /2，碰撞電離的程度可用所謂電離率α來表示，α與電場E有指數關係：α = A exp(－Ei/kTe) = A exp(－B/E)。當倍增效應很嚴重時，即導致產生擊穿現象。

這些熱載流子效應所造成的影響，有的是很有用處的。例如n-GaAs中出現的負阻現象，即可用來實現所謂轉移電子器件——一種重要的微波-毫米波器件。又如，利用MOSFET中的熱載流子可以向柵氧化層注入的作用，能夠製作出存儲器。再如，利用熱載流子的碰撞電離效應，可以製造出雪崩二極管等器件。

但是，有的熱載流子效應卻具有很大的害處。例如在VLSI中，熱載流子效應往往就是導致器件和集成電路產生失效的重要原因，所以是需要特別注意和加以防止的。

石墨烯可以對光產生不同尋常的反應，在室温和普通光照射下，就可以發生熱載流子效應，產生電流。這一發現不僅為石墨烯再添新奇屬性，更有希望使其在太陽能電池、夜視系統、天文望遠鏡及半導體傳感器等應用領域發揮作用。熱載流子效應並不新奇，但通常情況下，需要在接近絕對零度或在極強的激光照射下才會發生，但石墨烯卻表現出在室温和普通光下就可以產生熱載流子效應的性能，這讓人們對石墨烯未來的應用產生了巨大的想像空間。當光照在石墨烯上時，可以產生兩個具有不同電氣特性的區域，進而出現温差，產生電流。石墨烯在激光照射加熱不一致時，攜帶電流的電子被加熱，而晶格中的碳原子核保持低温。正是由於石墨烯內部的温差，產生了電流。這種不同尋常的機制就稱為熱載流子效應。