半导体物理第六章.pptVIP

注意:

对于N型半导体材料来说，双极迁移率是一个负值。

因为双极迁移率是与载流子的漂移运动相关的，因而也就是与载流子的带电状态相关的。

第62页，共106页，星期日，2025年，2月5日对于双极输运方程，剩下的两项就是产生率和复合率。

对于电子，则有：对于空穴，则有：

τn0和τp0分别是过剩电子和过剩空穴的寿命。在小注入条件下，少子的寿命通常是一个常数。第63页，共106页，星期日，2025年，2月5日过剩电子的产生率和过剩空穴的产生率相等，可以将其定义为过剩载流子的产生率，即：第64页，共106页，星期日，2025年，2月5日式中δn是过剩少数载流子电子的浓度，而τn0则是小注入条件下少数载流子电子的寿命。

对于P型半导体材料，小注入条件下的双极输运方程可表示为：第65页，共106页，星期日，2025年，2月5日类似地，对于N型半导体材料，小注入条件下的双极输运方程可表示为：式中δp是过剩少数载流子空穴的浓度，而τp0则是小注入条件下少数载流子空穴的寿命。第66页，共106页，星期日，2025年，2月5日小结：

双极输运方程中的参数都是少数载流子的参数。

双极输运方程描述了过剩少数载流子随着时间和空间的变化而不断发生漂移、扩散和复合的规律。

根据电中性原理，过剩少数载流子浓度与过剩多数载流子浓度相等，因此过剩多数载流子与过剩少数载流子一起进行扩散和漂移，即过剩多数载流子的行为完全由少数载流子的参数决定。第67页，共106页，星期日，2025年，2月5日6.3.3双极输运方程的应用

应用双极输运方程来分析几个实例，其结论将会用到后面的PN结和其它的半导体器件中。第68页，共106页，星期日，2025年，2月5日例6.1无限大的均匀n型半导体，无外加电场。假设t=0时，晶体中存在浓度均匀的过剩载流子，而在t0时，g′=0。假设过剩载流子浓度远小于热平衡电子浓度，即小注入状态，试计算t≥0时的过剩载流子浓度的时间函数。

解：对于均匀掺杂的n型半导体材料，少数载流子空穴的双极输运方程为：第69页，共106页，星期日，2025年，2月5日第70页，共106页，星期日，2025年，2月5日过剩载流子浓度随着时间的指数衰减过程示意图

第71页，共106页，星期日，2025年，2月5日例6.2无限大的均匀n型半导体，无外加电场。假设t0时，半导体处于热平衡状态，而在t≥0时，晶体具有均匀的产生率。试计算小注入状态下，过剩载流子浓度的时间函数。

解：对于均匀掺杂的n型半导体材料，少数载流子空穴的双极输运方程为:第72页，共106页，星期日，2025年，2月5日第73页，共106页，星期日，2025年，2月5日第74页，共106页，星期日，2025年，2月5日例6.3无限大的均匀P型半导体，无外加电场。假设对于一维晶体，过剩载流子只在x=0处产生，如图6.6所示。产生的载流子分别向+x和-x方向扩散。试将稳态过剩载流子浓度表示为x的函数。

解:对于均匀掺杂的P型半导体材料，少数载流子电子的双极输运方程为：第75页，共106页，星期日，2025年，2月5日（3）俄歇复合过程（三粒子过程）：

载流子从高能级向低能级跃迁，发生电子－空穴复合时，将多余的能量传给另一载流子，使此载流子被激发到能量更高的能级上去，当它重新跃迁回低能级时，多余的能量以声子形式放出。P型半导体俄歇复合过程N型半导体俄歇复合过程第30页，共106页，星期日，2025年，2月5日§6.2过剩载流子运动分析方法

过剩载流子的产生率和复合率无疑是非常重要的描述非平衡过剩载流子特性的参数，但是在有电场和浓度梯度存在的情况下，过剩载流子随着时间和空间位置的变化规律也同样重要。

通常过剩电子和过剩空穴之间的运动并不是完全独立的，它们的扩散运动和漂移运动都具有一定的相关性。

这一节将详细讨论过剩载流子运动的分析方法。

第31页，共106页，星期日，2025年，2月5日6.2.1连续性方程

如下图所示的一个微分体积元，一束一维空穴流在x处进入微分体积元，又在x+dx处离开微分体积元。

空穴的流量：Fpx+，单位：个/cm2-s，则有下式成立：第32页，共106页，星期日，2025年，2月5日第33页，共106页，星期日，2025年，2月5日单位时间内由于x方向空穴流而导致微分体积元中空穴的净增量为：假如Fpx+(x)Fpx+(x+dx)，则微分体积元中净的空穴数量将随着时间而不断增加。将上式推广到一般的三维情形，则上式变为：第34页，共106页，星期日，2025年，2月5日除了空穴的流量之外，