第五章 非平衡载流子e.pptVIP

附加光电导衰减实验（陷阱效应） 对p型材料 非子浓度关系 附加电导率 p型硅的附加光电导衰减 (1)热平衡 np=n0p0=ni2 (2)非平衡 np﹥n0p0=ni2 n=n0+△n p=p0+△p △n=△p U=0 U0 ①小注入的 强n型材料 为深能级，接近Ei 同样n0 ＞＞ p1 强n型材料的非子的间接复合寿命决定于空穴俘获能力 (n型材料)若EF在Ei 与Et’之间，称为“高阻区” p1最大 寿命 在“高阻”样品中，寿命与多数载流子浓度成反比，即与电导率成反比 ②小注入的强p型材料 非子的寿命决定 于电子俘获能力 (p型材料) “高阻区” 寿命 在“高阻”样品中，寿命与多数载流子浓度成反比，即与电导率成反比 ③大注入 有效复合中心 若： 当 时， 最小； 位于禁带中心的深能级是最有效的复合中心 时，U 最大 对间接复合讨论的主要结果: τ∝ 1/Nt 有效复合中心—深能级杂质 一般情况下(强n型材料,强p型材料), 寿命与多子浓度无关, 限制复合速率的是少子的俘获 俘获截面 俘获截面 代表复合中心俘获载流子的本领 电子俘获截面 空穴俘获截面 俘获截面和俘获系数的关系 非平衡载流子的复合率 在Ge中,Mn,Fe,Co,Au,Cu,Ni可形成复合中心 在Si中, Au, Cu, Fe,Mn, In可形成复合中心 一个例子: Au在硅中是深能级杂质,形成双重能级，起有效复合中心作用: 掺金可以大大缩短少子的寿命. ? n型硅: 净复合率取决于空穴俘获率--受主能级EtA起作用,[电离受主(Au-)俘获空穴,完成复合]. ? p型硅: 净复合率取决于电子俘获率—施主能级EtD起作用,[电离施主(Au+)俘获电子,完成复合]. 在n型硅或p型硅中金是有效复合中心 金对少子寿命影响极大 n型硅中，Au-对空穴的俘获系数rp决定少子寿命 p型硅中，Au+对电子的俘获系数rn决定少子寿命 实验确定(室温下) 设金浓度 在掺金的硅中，少子寿命还与金的浓度成反比. 在n型硅中，随着金浓度Nt的增加，少子寿命线性地减小. 通过控制金浓度，可以在宽广范围内改变少子寿命. 少量有效复合中心，能大大缩短少子寿命，不会严重影响如电阻率等其它性能. 表面态--表面引起的附加电子状态 (表面周期势场的中断, 表面 杂质,表面缺陷) 表面态可以起复合中心作用 4 表面复合 考虑表面复合后，总的复合概率： ：有效寿命 （1）表面复合率Us Us：单位时间单位表面积复合掉的电子-空穴对数 单位：对/s·cm2 ：为样品表面处非平衡载流子浓度 个/s cm2 个/cm3 cm/s s比例系数，表面复合速度 表征表面复合的强弱，具有速度的量纲 n型半导体样品 设表面复合中心存在于表面薄层中 空穴的表面复合速度 （2）影响表面复合的因素 ①表面粗糙度 ②表面积与总体积的比例 ③与表面的清洁度、化学气氛有关 （3）表面复合的实际意义 降低表面复合速度，改善半导体器件的性能 因为较高的表面复合速度，使注入的载流子在表面复合消失，严重影响器件性能 增大表面复合，获得较为准确的测量结果 在某些物理测量中，可消除金属探针注入效应影响 §4 俄歇复合 俄歇复合 载流子从高能级向低能级跃迁，发生电子-空穴复合时，把多余的能量传给另一个载流子， 使其被激发到能量更高的能级，当它重新跃迁回低能级时，多余的能量常以声子形式放出。 是一种非辐射复合 各种俄歇复合过程 俄歇复合非平衡载流子净复合率U 带间俄歇复合，电子-空穴对的复合率 电子-空穴对的产生率 热平衡时 可得 热平衡时产生率等于复合率 可得 俄歇复合非平衡载流子净复合率U 热平衡时， U=0 非平衡时， U0 小信号时 带间俄歇复合在窄禁带半导体中及高温情况下起着重要作用 与杂质和缺陷有关的俄歇复合，影响半导体发光器件的发光效率 §5 陷阱效应 广义陷阱效应:杂质能级积累非平衡载流子的作用就称为陷阱效应。 狭义陷阱效应：俘获非子能力大，杂质能级上积累的非平衡载流子数目可以与导带和价带上非平衡载流子数目相比拟。 成为陷阱的条件： rprn(空穴陷阱) rnrp