半导体物理5单元非平衡载流子教程.pptVIP

扩散流密度为: 扩散流密度散度的负值就是单位体积内空穴的积累率: 在稳定情况下,它应等于单位时间在单位体积内由于复合而消失的空穴数,因此: －－三维稳态扩散方程 2、 三维稳定扩散 电子和空穴的扩散电流密度分别为: 3、 探针注入扩散 探针注入 设想探针针尖陷入半导体表面形成半径为r0的半球. 这种情况下，非平衡载流子浓度?p只是径向距离r的函数，是一种个有球对称的情况。 在球坐标下，三维稳态扩散方程变为： 令 则有： 随r衰减的解为： 如果注入的边界的非平衡载流子浓度已知，即设： 则： 所以 在边界处，沿径向的扩散流密度在数值上等于： 与一维情形的结果 相比，多了一项，表明这里的扩散效率要比平面情况高，原因是与平面运动相比, 径向运动本身引起载流子的浓度梯度，增加了扩散效率。特别是当r0Lp时，几何形状所引起的扩散的效果是十分显著的，远超过复合所引起的扩散(第二项)。 5.7 载流子漂移扩散， 爱因斯坦关系 1.载流子既漂移又扩散时的电流(一维情形) 迁移率反映载流子在外电场作用下运动的难易程度 扩散系数反映载流子在有浓度梯度时运动的难易程度 两者的关系? 2. 爱因斯坦关系的推导 考虑处于平衡态下的非均匀掺杂的n型半导体(一维)，则杂质浓度都是x 函数，可写为 和 浓度梯度的存在必然产生载流子的扩散，形成扩散电流，则有： 电离杂质不能移动,而载流子的扩散有使载流子趋于均匀分布的趋势,结果导致半导体内部不再处处电中性,从而出现静电场E.静电场又引起载流子的漂移,漂移电流为: 在平衡条件下不存在宏观电流，静电场的建立总是反抗扩散进行，平衡时电子的总电流和空穴的总电流分别为零，即 所以对电子有： 又 由于V(x)存在，当考虑电子能量时，须计入附加的静电势，因而导带底的能量应写成 (1) (2) 两边微分得： (2)(3)代入(1)得: 同理对于空穴也有: 爱因斯坦关系式 这样，在非简并条件下，电子浓度为： (3) 利用爱因斯坦关系，可得半导体中总电流密度为 对于非均匀半导体，上式可改写为 ---半导体中同时存在扩散和漂移运动时的总电流密度表示式 第五章小结 非平衡载流子及相关概念 ?、1/?、?p/?、EF、Ei、Et 各种复合过程：直接复合、间接复合、表面复合、俄歇复合 扩散运动：扩散长度 稳态扩散方程 扩散-漂移运动： 爱因斯坦关系 例题 掺杂浓度分别为(a) 和 的硅中的电子和空穴浓度？(b) 再掺杂 的Na又是多少？ ( ) 作业 3 4 13 说明电子俘获系数与电子发射系数是有关联的，这种关系的缘由是平衡态时电子俘获率和电子发射率要相等。 * 空穴发射系数与空公安部俘获系数相关联。 * * 对一般的复合中心, 近似取: 则 复合中心的作用 开关器件，比如开关二极管，正向电压下少子积累（电注入） 反向电压下要求二极管迅速截止，但积累的少子有一定寿命，不会立刻消失（形成反向电流），所以为提高开关速度，要求少子寿命小 主动掺杂复合中心（深能级杂质），减少少子寿命 常用复合中心的杂质都是重金属元素，使用最多的Au和Pt 课堂练习6 写出下列变量的名称及含义 ? 1/?； ?p/? EF Ei Et 课堂练习6答案 写出下列变量的名称及含义 ? 寿命，非平衡载流子存活时间 1/?复合几率：载流子复合消失的概率 ?p/?复合率：单位时间单位体积净复合消失的电子-空穴对数 EF费米能级 Ei本征费米能级 Et杂质能级 4、表面复合* 表面越粗糙,载流子寿命越短. 机理: 表面越粗糙,表面包含的杂质或缺陷越多, 它们在禁带中形成复合中心能级(表面电子能级), 促进间接复合. 定义表面复合率US：单位时间内通过单位表面积复合掉的电子-空穴对数。 考虑到表面复合后的总复合几率： (?p)S 为表面处非平衡载流子浓度；S为常数，称之为表面复合速度。 设?V、?S分别为体内复合的寿命和表面复合的寿命 实验表明： 实验现象: 5.俘获截面* 假设复合中心为截面积 为的球体, 则俘获系数与俘获截面的关系为： 设， ?-为电子俘获截面， ?+为空穴俘获截面 ?的意义：复合中心俘获载流子的本领 杂质和缺陷能级的主要作用： 起施主或受主作用 起复合中心作用 起陷阱效应作用 5.5 陷 阱 效 应 杂质或缺陷能收容非平衡载流子的作用称为陷阱效应。 1. 陷阱效应： 陷阱和陷阱中心： 有显著陷阱效应（积累的非平衡载流子数目可以与非平衡载流子数目相比拟）的杂质或缺陷能级称为陷阱，而相应的杂质或缺陷称为陷阱中心。 电子陷阱： 能收容