非平衡载流子课件.pptVIP

1.非平衡态和非平衡载流子 价带电子 晶格原子热振动获取能量 激发到导带 电子－空穴产生 导带电子 价带空穴 交给晶格原子多余的能量 复合、消失 电子－空穴复合 在单位时间、单位体积内产生的数目Q——产生率 在单位时间、单位体积内消失的数目R——复合率 产生 复合 稳态 相互平衡 热平衡状态（动态、相对） 非平衡态：处于热平衡态的半导体，在外界条件作用下，破坏了 平衡条件，处于与热平衡态相偏离的状态。 非平衡载流子：比平衡状态多出来的部分载流子（过剩载流子）。 n 、p 表示非平衡状态的载流子浓度 n0、p0表示热平衡状态的载流子浓度 非平衡载流子浓度 △n = n － n0 △p = p － p0 一般讨论△n0（或△p0）即存在过剩载流子的情况 2.非平衡少数载流子注入 非平衡载流子的注入：外界作用使半导体中产生非平衡载流子的过程。 光注入：适当波长的光照射半导体表面 光照前半导体中电子和空穴浓度分别是n0和p0，并且n0p0。 光照后的非平衡态半导体中电子浓度n=n0+ △n ，空穴浓度p=p0+ △p ，并且△n= △p 。 比平衡态多出来的这部分载流子△n和△p就称为非平衡载流子。n型半导体中称△n为非平衡多子，△p为非平衡少子。 说明： 一般情况下，注入的非平衡载流子浓度比平衡时的多数载流子浓度要少得多，△n = △pn0-（n型） △n = △pp0- （p型） 满足此条件的注入称为小注入。反之，称为大注入。 即使在小注入的情况下，非平衡载流子浓度还是可以比平衡时的少数载流子浓度多 。 通常即说的非平衡载流子，一般都是指非平衡少数载流子。 n型半导体：平衡状态时的电子是多数载流子； 非平衡态时注入的电子△n称为非平衡多数载流子， 而注入的空穴△p称为非平衡少数载流子。 p型半导体： 平衡状态时的空穴是多数载流子； 非平衡态时注入的空穴△p称为非平衡多数载流子， 注入的空穴△n称为非平衡少数载流子。 非平衡载流子的衰减及寿命 (1)光注入 (2)光照停止 光注入引起附加光电导 随时间按指数规律减少 非平衡载流子的寿命τ 外界作用消失后，非平衡载流子在导带和价带中有一定的生存时间，其平均生存时间称为非平衡载流子的寿命，理论推导为非平衡载流子浓度 衰减到原来数值1/e 所经历时间。 τ值越大，非平衡载流子复合得愈慢； τ越小，则复合越快。 相对非平衡多数载流子而言，非平衡少数载流子的影响处于主导的、决定的地位，因此，非平衡载流子的寿命常称为少数载流子寿命。 τ与半导体中的缺陷以及深能级杂质的存在有着直接的关系。 非平衡载流子在单位时间内被复合消失的几率为1/τ ，复合率 非平衡载流子随时间的衰减 非平衡载流子的寿命τ 发射光子 发射声子 转移能量：（载流子间，Auger） 非平衡载流子的复合 复合机构 直接复合 间接复合 能量 表 面 复合中心 放出 1.直接复合 定义：导带中的电子直接落入价带与空穴复合，使一对 电子空穴消失。 光或热 复合 产生 Ec Ev 热平衡时：Q0（产生率）=R0（复合率） 光照 非平衡态 建立新的动态平衡 产生率Q=复合率R R=r n p（即复合率应与n、p有关，n、p↑，直接复合机会大） 复合系数r 由于非平衡载流子频繁与晶格交换能量，使非平衡状态下的载流子具有平衡态时的速度分布和能量分布，r可以通用 光照停止后： U＝R－Q0 非平衡载流子复合率 载流子的复合率 热产生率 非平衡载流子的复合率 (1)小注入条件下 △pn0+p0 (2)大注入条件下 △pn0+p0 2.间接复合 定义：非平衡载流子通过禁带中的杂质和缺陷能级进行的复合。 复合中心：对非平衡载流子的复合起促进作用的杂质和缺陷，复合 中心能级越接近禁带中央，促进复合的作用也就越强。 间接复合的四个过程 (Nt复合中心浓度，nt复合中心能级上电子浓度) 过程前 过程后