必威体育精装版半导体物理(第五章).ppt

§5.5 陷阱效应 外加电场 ⒊稳态下的表面复合 若稳定光照射在一块均匀掺杂的n型半导体中，均匀产生非平衡载流子，产生率为gp。在小注入时，不考虑电场作用，稳态时非平衡载流子浓度△p满足方程： 即稳态非平衡载流子浓度: 5.8 连续性方程式 若上述样品的一端还存在表面复合，表面复合速度为S，则在这个面上非平衡载流子浓度比体内低，空穴要流向这个面并复合掉。 空穴遵循的连续性方程为： 该方程的通解形式为： 其中A、B、C为待定参数， 5.8 连续性方程式 设产生表面复合的位置为x=0处，则上面方程应满足以下的边界条件： （远离复合表面处非平衡载流子浓度基本不变） 式中sp为表面复合速度，p(0)是表面处总的空穴浓度，p0是平衡空穴浓度，上式表明扩散到表面的非平衡少数载流子浓度在该处全部复合掉。 （复合面处的空穴流密度大小 等于空穴的表面复合率） 5.8 连续性方程式 满足边界条件的参数A、B、C分别为： 最后得到： 5.8 连续性方程式 连续性方程的化简和边界条件的确定是求解非平衡载流子浓度的关键，可将以下四句话作为口诀： 稳态时间不出现 均匀产生值不变 小注入同无电场 零和无穷最关键 可能有 5.8 连续性方程式 本章主要内容回顾 ⒈重要概念的掌握 ⒉主要复合过程中非平衡载流子寿命公式及应用； ⒊扩散运动相关公式、方程及解的形式； ⒋两种运动同时存在时电流密度的形式；爱因斯坦关系及证明方法； ⒌少数载流子的连续性方程及应用。 作业 ⒈以热平衡状态下非均匀掺杂的P型半导体为例，证明爱因斯坦关系式： ⒉一均匀掺杂的p型半导体样品，温度T时在一端有光照产生非平衡载流子，光照表面处的非平衡载流子浓度为(Δn)0。已知少子的寿命为τn，迁移率为μn，样品足够厚。在小注入条件下，求： ⑴稳态时半导体中非平衡少子的浓度分布； ⑵稳态时光照表面处的电子扩散电流密度(Jp)扩。 根据间接复合理论，在小注入条件下，能级上的电子数nt是非平衡载流子浓度Δn、Δp的函数，其改变量可写为： 杂质能级上的电子数目变化与非平衡载流子数目有关。 为了方便起见，只考虑非平衡电子浓度△n的影响，得到 §5.5 陷阱效应 研究发现，能产生明显陷阱效应的杂质能级有以下特点： ⒈典型的陷阱对电子和空穴的俘获概率有较大差别，要么是电子陷阱（rnrp），要么是空穴陷阱（rprn）。 ⒉在半导体中有明显陷阱效应的往往是少数载流子的陷阱。 ⒊最有利于陷阱作用的杂质能级位置与平衡时的费米能级相同。 ⒋陷阱的存在大大增长了从非平衡态到平衡态的弛豫时间，即延长了非平衡载流子的寿命。 §5.6 载流子的扩散运动 当半导体中载流子浓度分布不均匀时，载流子会由浓度高的地方向低浓度处定向运动，称为——载流子的扩散运动，这种定向运动会形成扩散电流密度。 N型均匀掺杂的半导体，一侧用适当波长的光均匀照射材料的一面，现在分析非平衡少数载流子的扩散运动情况（一维情况） （空穴）扩散流密度Sp—单位时间通过单位面积的粒子数。 其中Dp为空穴扩散系数，单位cm2/s，它反映了粒子扩散本领的大小。如果考虑电子的扩散运动，则用电子扩散系数Dn。 即电子扩散流密度为： 非平衡载流子的扩散运动引入的扩散电流密度为： 扩散电流密度=载流子的电荷×扩散流密度 所以一维时： §5.6 载流子的扩散运动 一、一维稳定扩散时Δp（x）的分布 如果用恒定的光照射表面，表面处的非平衡载流子浓度将保持(Δp)0不变，最终Δp（x）在半导体内部形成稳定的分布（每个x处的Δp不随时间变化）——稳定扩散。 一维稳定情况下，非平衡少数载流子空穴的变化规律：（稳态扩散方程） 其中 §5.6 载流子的扩散运动 一维稳态扩散方程—— 一维稳定扩散情况下非平衡少数载流子空穴所遵守的扩散方程。 方程的通解为 其中A、B为参数，由边界条件来决定， 一维稳定扩散下电子的扩散方程为： §5.6 载流子的扩散运动 讨论：不同半导体样品时方程的解 1.样品足够厚 因此 另一个边界条件是： 所以此时非平衡载流子的分布形式为： §5.6 载流子的扩散运动 可以看出，非平衡少数载流子从光照表面向内部是指数衰减的。其中的Lp是非平衡子载流子平均扩散距离（扩散长度） 相应的空穴扩散流密度为： §5.6 载流子的扩散运动 2.样品厚度一定（为W）