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半导体中的载流子是做着无规则、杂乱无章的热运动，做热运动的载流子不会形成电流。 非平衡少子寿命标志着非平衡载流子浓度衰减到初始浓度1/e所需的时间。 寿命不同，非平衡载流子衰减的快慢不同，寿命越短衰减越快。 材料的种类 杂质的含量（特别是深能级杂质） 表面状态 缺陷的密度 外部条件（外界气氛） * * * * * * * * 第一篇 半导体物理基础 7 载流子的输运 1 绪 论 2 晶体结构 3 半导体中的电子状态 4 半导体中杂质和缺陷能级 5 载流子 6 载流子的浓度 半导体中依靠什么物理机制传导电流？ 电子和空穴在电场中的运动规律？ 当电子或空穴存在浓度差时的运动规律？ 载流子的输运 输运：在半导体中，电子和空穴的流动将产生电流，把载流子的这种运动过程称为输运。 输运机制有两种：漂移运动和扩散运动。 平均自由时间τ（弛豫时间） （1）载流子的散射 平均自由程λ 相邻两次散射的平均距离； 两次散射间的平均时间间隔。 7 载流子的输运 （2）漂移运动 (b)有外加电场时电子沿电场力的方向漂移 当半导体中有电场作用时，载流子 定向运动的速度称为漂移速度。 沿电场力方向的定向运动称为漂移运动。 （b）在电场作用下做定向运动，构成电流。 （a）要做无规则热运动， 迁移率μ：电子在单位电场作用下的漂移速度 7 载流子的输运 表示载流子在晶体中做漂移运动的难易程度 反映载流子在晶体中受晶格、电离杂质的散射程度 迁移率与材料种类、杂质浓度、温度有关 μn μp or μn μp ? μn μp 本征Si单晶300K: μn=1350 μp= 480 （3）迁移率 由漂移运动形成的电流称为漂移电流。 7 载流子的输运 （3）电导率 7 载流子的输运 σn = n0q（vd/E）= n0qμn 对一般半导体： 对P型半导体： 对n型半导体： σ = σp+ σp = nqμn + pqμp σp = pqμp 对于两种载流子浓度相差很悬殊而迁移率差别不太大的杂质半导体来说，它的电导率主要取决于多数载流子。 如果在外界作用下，平衡条件破坏，偏离了热平衡的状态--非平衡状态。 外界作用 光 照射半导体表面 对p-n结施加偏压 光注入 电注入 外部条件拆除后，非平衡载流子逐渐消失，这一过程称为非平衡载流子的复合。 （4）非平衡载流子 7 载流子的输运 光照引起的附加光电导： 通过附加电导率测量可计算非平衡载流子。 excess carries (过剩载流子) 7 载流子的输运 n型半导体：Δn=Δp《 n0， p型半导体 Δn=Δp《 p0 n型半导体： n—Majority carriers（多数载流子） Δn—非平衡多数载流子； p — Minority carriers （少数载流子）， Δp—非平衡少数载流子。 非平衡少数载流子在器件中起着极其重要的作用。 小注入 7 载流子的输运 △n △p n 0 p 0 光照 （5）非平衡载流子的复合 在光的持续照射下，载流子浓度会不断增大。用GL表示光照引起的少数载流子的产生率，总产生率 G = Gth + GL 存在非平衡载流子时，电子与空穴复合的机会增大，复合率R随非平衡载流子浓度的增加而增大。 少数载流子浓度随时间的变化率为 7 载流子的输运 当复合率R增大到与产生率Gth+GL相等时，半导体达到稳定状态，载流子浓度不再变化。达到稳定状态时 某一时刻突然停止光照，少数载流子随时间的变化率为 出现了非平衡少数载流子的净复合，净复合率： U≡R-Gth 达到稳定状态时，非平衡载流子的产生率与净复合率相等，即 GL=R-Gth GL=U （5）非平衡载流子的复合 7 载流子的输运 非平衡载流子的寿命 光照停止后非平衡少数载流子浓度随时间的变化关系。 （5）非平衡载流子的复合 7 载流子的输运 τ很大程度上反映了晶格的完整性，可以衡量材料的质量，故常被称作“结构灵敏”的参数。 （6）影响非平衡载流子寿命的因素 7 载流子的输运 热平衡时 导带电子增加，意味着EF更靠近EC。 外界作用 价带空穴增加，意味着EF更靠近EV。 非平衡时 （8）准费米能级 7 载流子的输运 非平衡态时， （8）准费米能级 7 载流子的输运 （9）扩散：浓度不均匀而导致的微观粒子从高浓度处向低浓度处逐渐运动的过程。 （10）扩散定律：微观粒子的扩散流密度与其浓度梯度成正比，方向相反。一维情况下，浓度分布表示为N(x)，则其在