2012_半导体物理_5_非平衡载流子-2014-04-29解读.ppt

间接复合 当半导体中注入了非平衡载流子后 非平衡载流子的寿命为 复合率公式同样适用于Dn0、Dp0的情形，这时复合率为负值，它表示电子-空穴对的产生率。 间接复合 在小注入情况下 非平衡载流子的寿命为 NC和NV具有相近的数值， n0、 p0 、n1及p1 的大小主要分别由 (EC-EF )、 (EF -EV )、 (EC -Et ) 及(EF-Et ) 决定。 当k0T 比起这些能量间隔小得多时， n0、 p0 、n1及p1 之间往往高低悬殊（有若干数量级之差），只需要考虑最大者，使问题大为简化。 半导体物理学 第5章 非平衡载流子 SCNU 光电学院 * 间接复合 假定 EF 比E’t更接近 EC ，称为“强 n 型区” , 显然， n0、 p0 、n1及p1中 n0 最大，即, n0p0 , n0 n1 及 n0 p1 因此， 在掺杂较重的n型半导体中，对寿命起决定作用的是复合中心对少数载流子空穴的俘获系数rP , 与电子俘获系数rn无关 在重掺杂的n型材料中，EF远在Et以上，所以复合中心能级基本上填满了电子，相当于复合中心俘获电子的过程是完成了的。因而复合中心对空穴的俘获率rP决定着非平衡载流子的寿命。 半导体物理学 第5章 非平衡载流子 SCNU 光电学院 * 不同导电类型半导体的寿命 半导体物理学 第5章 非平衡载流子 SCNU 光电学院 * 有效的和复合中心 半导体物理学 第5章 非平衡载流子 SCNU 光电学院 * 位于禁带中央附近的深能级是最有效的复合中心。 例如，Cu, Fe, Au等杂质在Si中形成深能级，它们是有效的复合中心。 浅能级，即远离禁带中央的能级，不能起有效的复合中心的作用。 有效的和复合中心 半导体物理学 第5章 非平衡载流子 SCNU 光电学院 * 设想复合中心是具有一定半径的球体，其截面积为s。 截面积s越大，载流子在运动过程中碰上复合中心，而被俘获的概率就越大。 可以用s代表复合中心俘获载流子的本领，称为俘获截面。 复合中心俘获电子和空穴的本领不同，分别用电子俘获截面s_和空穴俘获截面s+ 来表示。 载流子热运动的速度vT越大，它碰上复合中心而被俘获的概率也越大。 若不区分电子和空穴的有效质量，在300K时， vT =1017cm/s。 有效截面 半导体物理学 第5章 非平衡载流子 SCNU 光电学院 * 俘获率与有效截面的关系 在Ge中，Mn，Fe，Co，Au，Cu，Ni等可以形成复合中心； 在Si中Au，Cu, Fe，Mn，In等可以形成复合中心。 复合中心的俘获截面约在10-13~10-17cm2 范围。 半导体物理学 第5章 非平衡载流子 SCNU 光电学院 * 前面只考虑了半导体体内的复合过程，实际上少子寿命在很大程度上受半导体表面形状和表面状态的影响。 由于半导体表面处存在着特有的杂质和缺陷能级以及禁带中的表面能级，它们都可以形成复合中心能级而具有促进复合的作用，通常就把发生在半导体表面的复合过程称为表面复合。 表面复合也是间接复合，间接复合理论同样适用于表面复合过程。 表面复合 半导体物理学 第5章 非平衡载流子 SCNU 光电学院 * 有效截面 半导体物理学 第5章 非平衡载流子