非平衡载流子精要.pptVIP

半导体的热平衡状态:半导体不受除温度以外的外界条件作用 的状态，载流子浓度是一定的， n0·p0= Nc·Nv e（-Eg/ k0T） = ni2 (5-1) 平衡载流子:处于热平衡状态下的载流子。 平衡载流子浓度:处于热平衡状态下的载流子浓度。 非平衡状态:半导体受到外界条件作用， 处于偏离热平衡的状态。 非平衡载流子:半导体处于非平衡状态时 比平衡状态多出来的这部分载流子。 非平衡载流子浓度:比平衡状态多出来的 载流子的浓度. 非平衡自由电子:Δn 非平衡自由空穴:Δp 非平衡多数载流子：与半导体多数载流子类型相同的非平衡载流子。 n型：非平衡电子Δn 。 P型：非平衡空穴Δp 。 非平衡少数载流子：与半导体少数载流子类型相同的非平衡载流子。 n型：非平衡电子Δp 。 P型：非平衡空穴Δn 。 电阻率为1Ω·cm的n型Si中，σ= nqμn p0 = ni2 / n0 n0≈5.5×1015cm-3; p0≈3.1×104cm-3; Δn =Δp=1010cm-3， Δn《n0; Δp是p0 的106倍，Δp》p0。 非平衡少数载流子起重要作用 附加电导率：Δσ=Δnqμn+Δpqμp （5-3） 非平衡载流子的测量： 附加电导率： Δσ=Δnqμn+Δpqμp （5-3） 可通过测量电导率，电压降的方法检 测非平衡载流子注入。 平衡载流子的注入（产生）： 光照、电场、磁场。 非平衡载流子的复合 产生非平衡载流子的外部作用撤除后，半导体由非平衡状态回复到平衡状态，非平衡载流子逐渐消失的过程。 产生率：单位时间，单位体积内产生的电子-空穴对数目。 复合率：单位时间，单位体积内复合掉的电子-空穴对数目。 非平衡载流子的寿命τ：非平衡载流子的平均生存时间。 τ：非平衡载流子的复合几率的倒数。 复合几率：1/τ 复合率=Δn/τ或Δp/τ 净复合=复合率-产生率 稳定情况下：复合率=产生率=Δn/τ （1）直接复合： 电子从导带直接跃迁到价带的复合 τ = 1/ r[（n0+ p0）+Δp] （5-17） r：电子-空穴复合几率 小注入情况下： Δp远小于（n0+ p0），得： τ = 1/ r（n0+ p0） 对于n型半导体； τ = 1/ rn0 对于p型半导体：τ = 1/ rp0 寿命：复合几率；多数载流子浓度。 本征Ge和Si，理论计算： Ge： r=6.5×10-14cm-3/ s, τ=0.3s 实际：104μs Si: r=10-11cm-3/ s, τ=3.5s 实际：103μs 非平衡载流子寿命主要不是由直接复合决定，另外的一些复合机制起主要作用。 （2）间接复合：非平衡载流子通过禁带中的 能级(复合中心）进 行的复合。半导体杂质和缺陷越多，寿命越短。 小注入情况下： 对于n型半导体：τ=1/rpNt (5-38) rp：空穴俘获系数， Nt ：复合中心浓度 对于p型半导体：τ=1/rnNt (5-40) rn：电子俘获系数， Nt ：复合中心浓度 P127页： n型Si 中的金杂质 寿命主要由空穴俘获系数和杂质浓度决定 rp=1.15×10-7cm3/s Nt=5×1015 cm-3 τ=1/rpNt = 1.7×10-9s p型Si中的金杂质 rn=6.3×10-8cm3/s τ=1/rnNt = 3.2×10-9s 半导体杂质和缺陷越多，寿命越短。 控制杂质浓度和缺陷，可控制少数载流子的寿命。 半导体杂质和缺陷浓度低，少数载流子的寿命长。 （3）表面复合，俄歇复合。 表面状态好，少数载流子的寿命长。 陷阱效应:某些杂质或缺陷能级积累非平衡载流子的作用。 陷阱中心：有显著陷阱效应的杂质能级或缺陷。 陷阱效应大大增长了从非平衡态恢复到平衡态的时间。 电子陷阱：费米能级以上的能级，越接近EF，陷阱效应越明显。空穴陷阱：费米能级以下能