第五章-非平衡载流子-朱俊-2014题库.ppt

● 电 场 很 强 x △p 0 △po Lp(ε) △po/e Lp(ε)称为牵引长度 空穴在电场作用下，在寿命τ 时间内漂移的距离 ● 电 场 很 弱 ?p?p?很低，Lp(?)Lp (2) 光激发载流子的衰减（例子） 均匀掺杂的N型半导体，光均匀照在半导体上，其内部均匀地产生非子，没有电场，内部也没有其它产生，求光照停止后的衰减方程。 ●均匀掺杂，均匀光照： ●无 电 场：E=0 ●内部无其它产生：gp=0 t=0，停止光照，?p(0)=?p0，?A=?p0 (3) 扩 散 方 程 光照均匀掺杂的N型半导体，无电场，无其它产生时的稳态方程。 E=0，gp=0， 稳态 均匀掺杂： 一、非平衡载流子的产生、平均寿命、 平均扩散长度及浓度的计算 小 结 小注入，大注入 二、非平衡载流子的复合 1.直接复合：小注入时，非子寿命决定于多子浓度 大注入时，非子寿命决定于注入。 2.间接复合： （1）、小注入的N 型材料： （2）、小注入的P型材料： 小注入时：非子寿命决定于少子寿命 3.有效复合中心： Et=Ei 大注入时： 三、陷 阱 效 应 （Trap effect） 1. 有效陷阱： 2. 电子陷阱 是存在于P型材料中 空穴陷阱 是存在于N型材料中 四、非平衡载流子的运动 1. 载流子的扩散电流和漂移电流 各种电流的方向 2. 爱 因 斯 坦 关 系 3.少子的电流连续方程 （1） N型： （2）P型： ●稳态时非平衡少子的分布 ●光激发非平衡载流子的衰减 ●扩散方程 扩散长度： 本章习题：（共七题） Page 156 4、5、7、12、13、14、16 The End By Dr. J. Zhu of UESTC 1956年小组的三位成 员获诺贝尔物理奖。 巴丁 布拉颠 肖克来 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 WLp 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 类似有， 电子的扩散定律与稳态扩散方程 4．非平衡载流子的扩散电流密度 电子和空穴是带电粒子，它们扩散形成了 扩散电流。 空穴扩散电流密度: 电子扩散电流密度: (Jp)扩→ (Jn)扩← (Jp)漂→ (Jn)漂→ N-type 均匀半导体的电流： E (四种电流） 反方向 ？ §5.7 载流子的漂移运动 与爱因斯坦关系 一、扩散电流密度与漂移电流密度 1．少子空穴电流 （N型材料，在x方向方向加光照、电场 ） 非平衡少子扩散电流： +x方向 非平衡空穴和平衡空穴形成的漂移电流： +x方向 少子电流密度： 2．多子电子电流密度 非平衡多子形成的扩散电流： --x方向 平衡多子与非平衡多子的漂移电流： +x方向 ?多子电流密度： 3．总的电流密度 J=Jp+Jn 联系？ 二、爱 因 斯 坦 关 系 考虑一块处于热平衡状态的非均匀的N型半导体，其中施主杂质浓度随x增加而下降，电子浓度为no(x)。扩散导致出现静电场，静电场又使得载流子产生漂移。 扩散系数和迁移率的关系 D（扩散系数） μ(迁移率） 电子扩散电流密度： 漂移电流： 平衡时，不存在宏观电流，电场方向是反抗扩散电流，电子的总电流等于0 Jn=(Jn)漂+(Jn)扩=0 考虑附加的静电势，导带底的能量应为: Ec-qV(x) 非简并时的 电子浓度为： ∴ 对于空穴： 室温时：KT=0.026eV Si中：?n=1350cm2/vs ∴ 利用爱因斯坦关系，可得总电流密度： 对非均匀半导体，平衡载流子浓度也随x变化，扩 散电流由