第五章非平衡载流子复合和扩散理论.pptVIP

* 第五篇 非平衡载流子 §5.1 非平衡载流子的注入与复合 一、非平衡载流子及其产生 非平衡态：系统对平衡态的偏离。 达到动态平衡后： 相应的：n=n0+ ⊿n p=p0+ ⊿p 且 ⊿n= ⊿p 非平衡载流子： ⊿n 和⊿p（过剩载流子） 当非平衡载流子的浓度△n和△p多子浓度时， 这就是小注入条件。 n型：p0?nn0，或p型：n0?np0 二、产生过剩载流子的方法 1．光注入 用波长比较短的光hv=Eg照射到半导体 2 电注入 3）高能粒子 辐照 4。。。。等 注入的非平衡载流子浓度大于平衡时的多子浓度，称为大注入。 n型：?nn0，p型：?pp0 三、非平衡时的附加电导 热平衡时： 非平衡时： ——附加电导率 n型： 多子： 少子： 三、非平衡载流子的检测与寿命 1．非平衡载流子的检测 设外接电阻Rr(样品的电阻) (1) 随光照时间的变化 t=0，无光照，?Vr=0 t0，加光照 (2) 取消光照 在t=0时，取消照， 复合产生 系统从非平衡态回到平衡态，电子-空穴对逐渐消失的过程。 即： △n=△p 0 3．非子的平均寿命? 非平衡载流子平均生存时间称为非平衡载流子寿命。 τ为非平衡载流子的寿命 回顾第四章散射几率与载流子自由时间的对应关系 易得，非平衡载流子寿命与复合几率的关系也为 t=?时，非平衡载流子浓度减到： 非平衡载流子的平均寿命 非平衡载流子的平均寿命的物理意义： §5-2 准费米能级和非平衡载流子浓度 一、非平衡态时的准费米能级 1. 非平衡态的电子与空穴各自处于热平衡态－准平衡态，但具有相同的晶格温度： —导带准费米能级 —价带的准费米能级 二、非平衡态载流子浓度的表达式 热平衡态时： 非平衡时： 统计分布： 2．准费米能级的位置 3．非平衡态的浓度积与平衡态时的浓度积 §5-3 载流子的复合理论 一、复合类型 按复合机构分 直接复合： 间接复合： 按复合发生的位置分 表面复合 体内复合 按放出能量的形式分 发射光子 俄歇复合 发射声子 →辐射复合 →无辐射复合 二、非平衡载流子的直接复合 1．复合率和产生率 (1) 复合率： 单位时间、单位体积中被复合的载流子对（电子、空穴对），量纲为： 对(个)/s·cm3 用R表示 R?np R=rnp r：比例系数，表示复合系数 对直接复合，用Rd表示复合率 Rd=rdnp—非平衡 Rd=rdn0p0—热平衡 rd为直接复合的复合系数 (2) 产生率： 单位时间、单位体积中产生的载流子对（电子、空穴对），量纲为： 对(个)/s·cm3 用Q表示 达到热平衡时，产生率必须等于复合率 Rd=Q=rdn0p0=rdni2 2．直接复合的净复合率 直接复合的净复合率用Ud表示 Ud＝rdnp-rdn0p0 = rd(np-n0p0) =rd△p(n0+p0+△p) 3．直接复合的非平衡载流子寿命 Ud = 净复合率＝ 4. 讨论： 三、间接复合理论 如果禁带存在复合中心，则复合分两步完成，复合中心通常为缺陷或杂质能级Et。 第一步：电子由导带进入复合中心：电子被复合中心俘获。 第二步：电子由复合中心进入价带：空穴被复合中心俘获。 （1）俘获与发射： Nt ：复合中心的浓度 nt：复合中心能级Et上的电子浓度 Nt- nt ：未被电子占据的复合中心的浓度 电子俘获 电子发射 空穴俘获 空穴发射 电子俘获率：电子产生率： 空穴俘获率： 空穴发射率： Rn=rnn（Nt-nt） Gn=s-nt Rp=rppnt Gp=s+（ Nt-nt ） rn：电子俘获系数 s- ：电子发射系数 rp：空穴俘获系数 s+ ：空穴激发系数 1．间接复合的复合率ui和寿命?i 当复合达到稳态时 其中：nt为复合中心的电子浓度 其中： 热平衡时 非平衡态时 当nt很小时，近似地认为 2．有效复合中心 若： 当 时， 最小 四、表面复合 1．表面复合率us us：单位时间流过单位表面积的非平衡载流子，单位：个/s·cm2 ：为样品表面处单位体积的载流子数(表面处的非子浓度1/cm3) 个/s cm2 个/cm3 cm/s S比例系数，表征表面复合的强弱，具有速度的量纲，称为表面复合速度。 2．影响表面复合的因素及寿命