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5.4非平衡载流子复合 1复合过程的性质 半导体中电子和空穴相遇而消失的过程称为载流子复合（对应产生），复合率，产生率。 热平衡： 产生率＝复合率→n0,p0 不变 非平衡注入： 产生率＞复合率→n, p 增加 稳定注入： 产生率＝复合率→n, p 稳定 注入撤销： 产生率＜复合率→n, p 减少 恢复平衡： 产生率＝复合率→n0,p0 不变 对于注入撤销时的非平衡态： 复合过程：直接复合和间接复合 直接复合：直接从导带跃迁到价带引起电子空穴复合。 间接复合：电子和空穴通过禁带中的能级进行复合。 载流子复合时释放能量： 发射光子，发射声子，俄歇复合。 载流子复合率－载流子产生率＝载流子的净复合率 ＝非平衡载流子复合率＝?p/? 5.5 陷阱效应 陷阱效应与陷阱中心 杂质能级：施主作用，复合中心，缺陷陷阱效应 杂质能级的积累非平衡载流子的作用就称为陷阱效应。陷阱效应也是杂质能级在有非平衡载流子的情况下发生的一种效应。相应的杂质和缺陷称为陷阱中心。 陷阱效应的分析 5.6 非平衡载流子的扩散 1.一维稳定扩散 Sp扩散流密度，Dp扩散系数 单位时间单位体积内积累的空穴数 (1)样品足够厚 (2)样品厚度w 如果wLp 2. 径向稳定扩散 扩散流密度： 5.7 载流子既漂移又扩散的运动 爱因斯坦关系 1、载流子的既漂移又扩散时的电流 外电场时电流： 2、爱因斯坦关系 材料 电子迁移（cm2/V.s） 空穴迁移率 （ cm2/V.s ） Ge 3800 1800 Si 1450 500 GaAs 8000 400 室温下纯净样品的迁移率 4.4 电阻率及其与杂质浓度和温度关系 1、电阻与杂质浓度的关系 2、电阻率随温度的变化 对纯半导体材料，电阻率主要由本征载流子浓度ni决定．随着温度上升ni急剧增加，而迁移率只稍有下降，本征半导体电阻率随温度增加而单调下降。 对杂质半导体，有杂质电离和本征激发两个因素存在，又有电离杂质散射和晶格振动散射两种散射机构的存在，因而电阻率随温度的变化关系更为复杂。 AB段 温度很低，本征激发可忽略，载流子主要由杂质电离提供，它随温度升高而增加；散射主要由电离杂质决定，迁移率也随温度升高而增大，所以，电阻率随温度升高而下降． BC段 杂质已全部电离，本征激发仍不显著，载流子饱和，晶格振动散射为主，迁移率随温度升高而降低，电阻率随温度升高而稍有增大． C段 温度继续升高，本征激发很快增加，本征载流子的产生远超过迁移率的减小对电阻率的影响，这时，本征激发成为矛盾的主要方面，杂质半导体的电阻率经一个极大值之后将随温度的升高而急剧地下降，表现出同本征半导体相似的特性． 求室温本征硅的电阻率和掺杂百万分之一硼后电阻率。 4.6 强电场下的效应、热载流子 1、欧姆定律的偏离 半导体中载流子在弱电场作用下的输运满足欧姆定律．然而，在强电场作用下，载流子的输运特性不同于弱电场下的情况，欧姆定律不再成立。反映出电导率(迁移率)随场强变化。 n型锗： 电场小于700V/cm,漂移速度与电场成正比，迁移率与场强无关。 场强在700~5000V/cm之间，漂移速度增加缓慢，迁移率随场强增加而降低。 场强大于5000V/cm，漂移速度达到饱和。 原因：在强电场下载流子成为热载流子。即载流子从电场中获得能量的速率大于其与晶格振动发射声子失去能量的速率，载流子热运动速度增加。 根据τ＝ln/v，在不考虑平均自由程变化的情况下，可使平均自由时间随电场增加而减小，而迁移率则降低． 在热平衡下，Te＝T 所以μ0＝μ，即弱场下欧姆定律的情形．当电场不是很强时，载流子主要是声学波散射，迁移率有所降低．当电场进一步增强，载流子主要是光学波散射，载流子获得的能量大部分又消失了，因而平均漂移速度可以达到饱和．当电场再增强时，则发生所谓击穿现象． T为晶格温度，Te为载流子温度 若只考虑电子与晶格散射，讨论平均漂移速度与电场强度的关系，电子声子间相互作用遵守准动量和能量守恒定律 式中利用了长声学波的 ， 为声子速度。 可以证明，对于非简并半导体，在单位时间内，由于散射，导带电子能量增益的平均值为： 设电场强度为E时的迁移率为 ，平均漂移速度为 ，仍定义 ，则在电场作用下，单位时间内电子由电场中获得的能量为： 即： 当电子与晶格散射达到稳定状态时，有 得到： （1）当 ，则 讨论： 可以近似认为迁移率与 无关，且等于 ， 与 成正比 （2）当 ，得Te≈2T， 。 （3）当 ，则 可见，平均漂移速度按 增大。 （4）当电