半导体物理课件陷阱效应.pptVIP

当半导体处于非平衡态，必然引起杂质能级上电子数目的改变，或电子增加或空穴增加，杂质能级收容（积累）非平衡载流子的作用就称为陷阱效应。 把有显著陷阱效应的杂质能级称为陷阱，把相应的杂质和缺陷称为陷阱中心。 陷阱显著积累非平衡载流子，例如，它所积累的非平衡载流子的数目可以与导带和价带中非平衡载流子数目相比拟。 §5.5 陷阱效应 杂质或缺陷能级上非平衡载流子的积累 在小注入条件下 借用占据复合中心能级的电子浓度 讨论： 1.假设Et能级俘获电子和空穴的能力差别不大，令rp＝rn 需要Nt与载流子浓度和相当，才有可能有明显的陷阱效应。 2. 假设对电子的俘获系数远大于空穴的，即俘获电子后再发回导带阻碍复合，设rprn。 如果电子为多子，即使Nt与多子相当，仍无显著的陷阱效应，所以通常为少子陷阱。 3. n1=n0时，即杂质能级与平衡时费米能级重合，最有利于陷阱作用。 陷阱对光电导测试寿命的影响 材料中存在陷阱时，每有一个落入陷阱的非平衡少数载流子，同时必须有一个多数载流子与它保持电中和。 复合过程中陷阱中的少子电子会先释放到导带再通过复合中心与空穴复合。 在光电导衰减法测寿命时，陷阱的存在将影响对寿命的测量，曲线不是严格的指数衰减，会出现台阶。 为了消除陷阱效应的影响常常在脉冲光照的同时再加上恒定的光照，使陷阱始终处于饱和状态。 复合中心与陷阱中心的异同 相同点：都是由杂质或缺陷在半导体的禁带中引入能级。 不同点： 复合中心对非平衡电子、空穴的俘获能力相近，可促进非平衡载流子的复合，缩短非平衡载流子寿命；陷阱中心对非平衡电子、空穴的俘获能力相差悬殊，会阻碍非平衡载流子的复合，延长非平衡载流子的寿命。 有效的复合中心引入能级靠近禁带中央；有效的陷阱中心引入能级靠近费米能级。 §5.6 载流子的扩散运动 扩散定律 当载流子在空间存在不均匀分布（浓度梯度）时，载流子将由高浓度区向低浓度区扩散。 扩散是通过载流子无规则的的热运动实现的。 光照 带电粒子定向扩散形成扩散电流 扩散产生的原因图示 一维模型：粒子只能在一维方向上运动。 扩散流密度：单位时间通过扩散的方式流过垂直的单位截面积的粒子数. 注：由于粒子是从浓度高向低的方向运动，梯度为负值，引入负号保证系数为正。 扩散（粒子）流密度 对于带电粒子来说，粒子的扩散运动形成扩散电流。 注：电子空穴扩散方向相同时， 扩散电流方向相反。 n(+l) n(-l) n(0) 浓度 电子流 电子电流 x(-l) x(+l) x p(+l) p(-l) p(0) 浓度 空穴流 空穴电流 x(-l) x(+l) x 扩散电流密度 一维稳态扩散方程的解 达稳态时，由于扩散，单位时间单位体积内非平衡载流子积累的数目即为因复合而消失的数目。 方程的解为 其中： 为扩散长度，标志着边扩散边复合过程中非平衡载流子深入样品的平均距离。 讨论 样品无限厚 x △p 0 Lp ↑ ↑ ↑ 表面处的空穴 扩散流密度 向内扩散的空穴流的大小如同表面的空穴以 Dp/Lp的速度向内运动一样。 样品厚度为W 在样品另一端设法将非平衡少数载流子全部引出。这时的边界条件是，在x＝W处，?p＝0，x＝0处， 为（?p)0 。 注：扩散流不随位置x变化，说明在此区域内无复合，相当于基区。 常数 x △p 0 w 非平衡载流子的扩散电流密度 空穴扩散电流密度 电子扩散电流密度 三维情况下的扩散 三维时浓度梯度为矢量： 扩散流密度： 单位时间单位体积中空穴的积累： 稳态扩散方程： 探针注入 探针尖与半导体表面接触形成半径为r0的半球。非平衡载流子只是径距r的函数，变为球坐标表示。 令 得到 则 探针注入的扩散流密度 扩散效率高，比平面多了一项径向扩散。平面扩散完全依赖载流子浓度梯度，球对称时，径向运动本身就造成载流子的疏散，附加浓度梯度。