半导体物理第五章 (2).pptVIP

第五章01*/44思考题非平衡载流子的寿命是指非平衡载流子的浓度衰减到零所用的时间吗？第29页，共44页，星期日，2025年，2月5日第五章01*/445.3准费米能级半导体中的电子系统处于热平衡状态时，在整个半导体中有统一的费米能级，电子和空穴浓度都用它来描写。非简并情况下，即它们的EF相同第30页，共44页，星期日，2025年，2月5日第五章01*/44正因为有统一的费米能级EF，热平衡状态下，半导体中电子和空穴浓度的乘积必定满足式(5-1)n0p0=ni2因而，统一的费米能级是热平衡状态的标志。第31页，共44页，星期日，2025年，2月5日第五章01半导体物理第五章第五章01*/44第1页，共44页，星期日，2025年，2月5日第五章01*/445.1非平衡载流子的注入与复合处于热平衡状态的半导体，在一定温度下，载流子浓度是一定的。这种处于热平衡状态下的载流子浓度，称为平衡载流子浓度，前面各章讨论的都是平衡载流子。非简并半导体，处于热平衡时，电子浓度n0，空穴浓度p0第2页，共44页，星期日，2025年，2月5日第五章01*/44本征载流子浓度ni只是温度的函数。在非简并情况下，无论掺杂多少，平衡载流子浓度n0和p0必定满足式(5-1)，因而它也是非简并半导体处于热平衡状态的判据式。第3页，共44页，星期日，2025年，2月5日第五章01*/44半导体的热平衡状态是相对的，有条件的。如果对半导体施加外界作用，破坏了热平衡的条件，这就迫使它处于与热平衡状态相偏离的状态，称为非平衡状态。处于非平衡状态的半导体，其载流子浓度也不再是n0和p0，可以比它们多出一部分。比平衡状态多出来的这部分载流子称为非平衡载流子，有时也称为过剩载流子。第4页，共44页，星期日，2025年，2月5日第五章01*/44例如在一定温度下，当没有光照时，一块半导体中电子和空穴浓度分别为n0和p0，假设是n型半导体，则n0p0，其能带图如图5-1所示。图5-1第5页，共44页，星期日，2025年，2月5日第五章01*/44当用适当波长的光照射该半导体时，只要光子的能量大于该半导体的禁带宽度，那么光子就能把价带电子激发到导带上去，产生电子一空穴对，使导带比平衡时多出一部分电子△n，价带比平衡时多出一部分空穴△p，它们被形象地表示在图5-1的方框中。图5-1第6页，共44页，星期日，2025年，2月5日第五章01*/44△n和△p就是非平衡载流子浓度。这时把非平衡电子称为非平衡多数载流子，而把非平衡空穴称为非平衡少数载流子。对p型材料则相反。第7页，共44页，星期日，2025年，2月5日第五章01*/44其中，用光照使得半导体内部产生非平衡载流子的方法，称为非平衡载流子的光注人。光注入时第8页，共44页，星期日，2025年，2月5日第五章01*/44在一般情况下，注入的非平衡载流子浓度比平衡时的多数载流子浓度小得多，对n型材料，△n=△pn0，满足这个条件的注入称为小注入。第9页，共44页，星期日，2025年，2月5日第五章01*/44例如1.cm的n型硅中，n0≈5.5x1015cm-3,p0≈3.1x104cm-3，若注入非平衡载流子△nn0,是小注入，但是△p几乎是p0的106倍。即△pp0。这个例子说明，即使在小注人的情况下，非平衡少数载流子浓度还是可以比平衡少数载流子浓度大得多，它的影响就显得十分重要了，而相对来说非平衡多数载流子的影响可以忽略。第10页，共44页，星期日，2025年，2月5日第五章01*/44所以实际上往往是非平衡少数载流子起着重要作用，通常说的非平衡载流子都是指非平衡少数载流子。第11页，共44页，星期日，2025年，2月5日第五章01*/44光注入使得载流子浓度增大，必然导致半导体电导率增大，即引起附加电导率为第12页，共44页，星期日，2025年，2月5日第五章01*/44这个附加电导率可以用图5-2所示的装置观察。图中电阻R比半导体的电阻r大得多，因此不论光照与否，通过半导体的电流I几乎是恒定的。半导体上的电压降V=Ir。设平衡时半导体电导率为，光照引起附加电导率，小注入时，因而电阻率改变第13页，共44页，星期日，2025年，2月5日第五章01*/44所以电阻的改变图5－2光注入引起附加光电导所以，从示波器上观测到的半导体上电压降的变化就直接反映了附加电导率