2016固体与半导体物理 第六章非平衡载流子.pdfVIP

第六章 非平衡载流子 处于热平衡状态下的载流子浓度，称为平衡载流子浓度。 另外一种情况：在外界作用下，能带中的载流子数目发生 明显改变，即产生非平衡载流子。 大多数情况下,非平衡载流子都是在半导体的局部区域产 生的.各种载流子除了在电场作用下的漂移运动以外,还要 作扩散运动。 本章主要讨论非平衡载流子的产生和复合机制、运 动规律及非平衡载流子浓度的求解方法。 6.1 非平衡载流子的注入与复合 一、非平衡载流子的注入 ⒈非平衡载流子的概念 处于热平衡态的半导体,在一定温度下,载流子 浓度是恒定的.本章用n 和p 分别表示平衡电子浓度 0 0 和平衡空穴浓度。 对半导体施加外界作用,可使其处于非平衡状态, 此时比平衡态多出来的载流子,称为非平衡载流子或 过剩载流子，此时电子和空穴浓度常用n和p表示。 一个N型半导体(n p ),若用光照射该半导体 0 0 (光子的能量大于禁带宽度),则可将价带的电子激 发到导带,使导带比平衡时多出一部分电子 Δn,价 带比平衡时多出一部分空穴 Δp，即材料进入了非 平衡状态. 在这种情况下,电子浓度和空穴浓度分别为: n n n 0 p p 0 p 而且 Δn= Δp,其中 Δn和 Δp就是非平衡载流子浓度。 对N型半导体,电子称为非平衡多数载流子,而空 穴称为非平衡少数载流子，对于P型材料则相反. 象上述用光照产生非平衡载流子的方法,称为光 注入。如果非平衡载流子的浓度远小于平衡多数载流 子的浓度，则称为小注入，反之则为大注入。 15 -3 例如,在室温下n =1.5×10 cm 的N型硅中，空穴浓 0 5 -3 度p = 1.5× 10 cm ，如果引入非平衡载流子 0 10 -3 Δn= Δp=10 cm ,则 Δnn ，是小注入情况。 0 但 Δpp ，说明即使在小注入情况下，虽然多 0 数载流子浓度变化很小，可以忽略，但非平衡少数载 流子浓度还是比平衡少数载流子浓度大很多，因而它 的影响是十分重要的。相对来说，非平衡多数载流子 的影响可以忽略。 实际上，非平衡少数载流子起着主要作用，通常 所说的非平衡载流子往往是指非平衡少数载流子。 ⒉非平衡载流子对材料电导的影响 注入的非平衡载流子可以引起电导调制效应,使 半导体的电导率由平衡值 σ增加为 σ + Δσ,附加 0 0 电导率Δσ可表示为  nq pq n p 若 Δn= Δp,则有  pq    n p 如下图所示，通过附加电导率的测量可以直接检验非平衡载 流子的存在.取电阻R 比半导体的电阻r大的多，因此无论光照 L 与否，流过半导体的电流I几乎不变。当有光照时，半导体电 压的变化与非平衡载流子浓度的变化成正比。 1 1 