半导体物理学第五章要素.ppt

两边微分得： (2)(3)代入(1)得: 同理对于空穴也有: 爱因斯坦关系式 这样，在非简并条件下，电子浓度为： (3) (2) (1) 利用爱因斯坦关系，可得半导体中总电流密度为 对于非均匀半导体，上式可改写为 ---半导体中同时存在扩散和漂移运动时的总电流密度 表示式 5.8连续性方程 (1)??? 连续性方程 (2) 连续性方程的应用 连续性方程：在半导体材料中同时存在载流子的漂移、扩散、复合和产生时，描述这些作用的总体效应的基本方程。 连续性方程基于粒子数守恒，即单位体积内电子增加的速率等于净流入的速率和净产生率之和。 ★ 连续性方程的一般形式 连续性方程—漂移运动和扩散运动同时存在时,少子所遵守的运动方程. 讨论少子浓度的变化: ? 扩散引起少子浓度变化; ? 非平衡子复合引起少子浓度变化； ?当存在电场,漂移引起少子浓度变化; ? 外界因素产生非平衡子. 5.8 连续性方程式 本节进一步讨论当扩散运动和漂移运动同时存在时，少数载流子所遵守的运动方程。 载流子的漂移和扩散 扩散积累的空穴为： 漂移积累的空穴为： 小注入条件下，复合消失的空穴数为 外界因素引起的空穴变化为： 连续性方程 若表面光照恒定，且 稳态连续性方程 考虑特例，半导体材料均匀，电场均匀。 其中， 是以下方程的两个根。 若令 空穴的牵引长度 如果电场很强， 如果电场很弱， 介绍几个例子说明连续性方程的应用 （1）光激发的载流子的衰减 若光照在均匀半导体内部均匀地产生非平衡载流子，则 同时假定没有电场，且 。在t＝0时，光照停止。 （2）少数载流子脉冲在电场中的漂移 假定无外加电场 假设解为： 过剩载流子只局限于x＝0附近很窄的区域内 如果样品上加上一个均匀电场，则连续性方程为： 作变量代换，令 （3）稳态下的表面复合 稳态光照，产生率为 。如果样品的一端存在表面复合，则这个面上的过剩空穴浓度将比体内为低，空穴将流向这个表面，并在那里复合。 设产生表面复合的面位于x＝0处，则上面方程应满足边界条件： 推广到三维： 第五章小结 非平衡载流子及相关概念 ?、1/?、?p/?、EF、Ei、Et 扩散运动：扩散长度 稳态扩散方程 扩散-漂移运动 爱因斯坦关系 例题 习题5－5 n型硅样品， ，光照产生非子 ，计算无光照与有光照时的电导率 解答： ，由图4－14查表知， ， 无光照时， 光照时 结论： 小注入 时非子对电导率影响不大。 作业 2 4 6 13 课堂练习6 1、判断正误：一般情况下，满足小注入条件的非平衡载流子浓度比平衡载流子浓度小。 （ ） 2、填空：寿命标志着非平衡载流子浓度减小到原值的（ ）所经历的时间。 3、简述小注入条件 4、处于非平衡态的p型半导体中， 和 哪个距 近？为什么？ 说明电子俘获系数与电子发射系数是有关联的，这种关系的缘由是平衡态时电子俘获率和电子发射率要相等。 * 空穴发射系数与空公安部俘获系数相关联。 * * * * 杂质或缺陷能收容非平衡载流子的作用称为陷阱效应。 1. 陷阱效应： 陷阱和陷阱中心： 有显著陷阱效应（积累的非平衡载流子数目可以与非平衡载流子数目相比拟）的杂质或缺陷能级称为陷阱，而相应的杂质或缺陷称为陷阱中心。 电子陷阱： 能收容电子的杂质或缺陷能级。 空穴陷阱： 能收容空穴的杂质或缺陷能级。 2. 陷阱效应的分析 在间接复合理论中，稳态复合情况下，复合中心上的电子浓度为： 显然，其与非平衡载流子浓度有关。 电子浓度和空穴浓度对nt的影响是相互独立的。 由于复合中心有着陷阱中心相似的作用,即也能积累非平衡载流子,因此可以借助前面的间接复合中心理论来分析陷阱中心的载流子情况. 只考虑△n 的影响，则有： 假设对电子和空穴的俘获能力相近，即： (偏微分取值对应于平衡值) 由于电子和空穴对nt 的影响是相互独立的，因此小注入情况下，复合中心上积累的非平衡载电子浓度可写为： 非平衡态,小注入 上式中第二个因子总是小于1,因此要使?nt与?n可以相比拟,除非Nt可以与平衡载流子浓度之和(n0+p0)可以相比拟,否则没有明显的陷阱效应的. 而实际上,对典型的陷阱,虽然浓度较小,但陷阱中的非平衡载流子浓度远远超过导带或价带中的非平衡载流子(少子),这说明典型陷阱对电子和空穴的俘获率应该有很大的差距.实际陷阱中,对电子俘获率和对空穴俘获率的差