第五章-非平衡载流子-朱俊-2011课程.ppt

非 平 衡 载 流 子 电子俘获 电子发射 空穴俘获 空穴发射 电子俘获率： 电子产生率： 空穴俘获率： 空穴发射率： Rn rnn（Nt-nt） Gn s-nt Rp rppnt Gp s+（ Nt-nt ） rn：电子俘获系数 s- ：电子发射系数 rp：空穴俘获系数 s+ ：空穴激发系数 在x+?x处，流密度为Sp x+?x 在1秒钟内，在1??x体积内的非子数为： Sp x -Sp x+?x 单位时间、单位体积中积累的非子为： 由表面注入的空穴，不断向内部扩散中，不断复合 而消失。在恒定的光照射下，表面非子浓度恒定。 称为 恒定扩散 2、稳态扩散方程 单位时间单位体积被复合掉的非子为 ： 单位时间单位体 积积累的非子数 当： 上式为 在稳态时，积累的载流子应等于复合掉的载流子 通解为： 其中： ？ 稳态扩散方程 3．典型样品的分析 1 足够厚的样品 W Lp W＞＞Lp x hν 为解的形式，指数衰减 x △p 0 Lp ↑ ↑ ↑ 速度量纲 ∵ ∴ ∴ w 注入 抽出 即小于扩散长度 ∴ 求出A和B代入稳态 扩散方程的普遍解 ∴ x △p 0 w 这时扩散流密度是个常数，即非平衡载流子在 样品中没有复合。 非子在半导体体 内呈线性分布 浓度梯度为： 扩散流密度 2 p型材料 Ec Ev EF E t po p1 n1 当EF 比Et 更接近于EV “强p型区” 有： 复合中心对少子的俘获决定寿命，是因为 复合中心基本被多子空穴所占据. 同样，类似有“高阻区”，EF 在Ei和Et之间 多子 3 大注入: 式5－36 和载流子 浓度无关 （4） 有效复合中心 位于禁带中央附近的深能级是最有效的复合中 心，如，Cu、Fe、Au 等杂质在Si中形成的深 能级，是有效的复合中心。 （5－35） 若： 同样： 一般情况都满足 当 U 趋向于极大，表明位于禁带中央附近的深能级 是最有效的复合中心。相反的，浅能级，即远离 禁带中央能级的能级，不能起到有效的复合中心 的作用。 5、俘获截面 载流子热运动速 度大，碰上复合 中心而被俘获的 概率就大 在复合率U的公式中，可用俘获截面来替代 rn和rp 实验证明了，掺杂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。一般，复合中心的俘获 截面为10-13～10-17cm2 Eg： Au 在Si中掺杂，引入深能级是双能级： EtA 在导带以下0.54eV的受主能级 EtD 在价带以上 0.35eV的施主能级 AU- AU+ 在n –Si中， AU- 在p –Si中， AU+ （式5－46） 四、表面复合 1．表面复合率us 表面电子能级： 表面吸附的杂质或其它 损伤形成的缺陷态，它 们在表面处的禁带中形 成电子能级。 us：单位时间流过单位表面积的非平衡载流子，单位：个/s·cm2 表面能级 表面有促进载流子复合的作 用，表面复合也是一种间接 复合形式 ：为样品表面处单位体积的载流子数 表面处的非子浓度1/cm3 个/cm3 cm/s 个/s cm2 S比例系数，表征表面复合的强弱，具有速度的量纲，称为表面复合速度。 2．影响表面复合的因素及寿命表示式 1 表面粗糙度 2 表面积与总体积的比例 3 与表面的清洁度、化学气氛有关 在考虑表面复合后，总的复合几率为： §5.5 陷 阱 效 应 在非平衡时，一部分附加产生的电子⊿nt（或空穴⊿pt ）落入Et中，起这种作用的杂质或缺陷能级Et就叫 陷阱。 一、陷阱： Ec Et Ev 所有的杂质能级 都有积累非子的 作用，即陷阱效 应。但当积累的 非子和导带、价 带中的非子相当 时，才是显著的 对于 的杂质， 电子的俘获能力远大于俘获空穴的能力， 称为电子陷阱。 ● ● 对于 的杂质， 俘获空穴的能力远大于俘获电子的能力， 称为空穴陷阱。 相应的杂质和缺陷为陷阱中心 二、陷阱效应的分析 1．陷阱效应中的载流子浓度 根据间接复合理论，稳态时杂质能级上的电子数即陷阱上的电子浓度nt为： 以复合中心理论为根据，定性讨论陷阱效应 （式5-33） 为陷阱上的非子浓度，即非平衡时电子的变化量。 为俘获电子， 电子陷阱 为俘获空穴， 空穴陷阱 △n 和△p 的影响是相互独立的，在上面的公式 中，电子和空穴的情形是对称的，所以就了解能 级对电子的积累就行。 （小注入） 2．陷阱上的电子对电导的间接贡献 没有陷阱时： 有电子陷阱后：以p型为例，少子为电子 当有一个非子（电子）落入陷阱时，必须有一个