微电子学综合实验指导书(实验二).pdf

实验指导书 实验名称：实验二、高频光电导法测少子寿命 学时安排：4学时 实验类别：验证性 实验要求： 必做 一、实验目的和任务 1、了解光电导法测试少数载流子寿命的原理，熟练掌握 LT-2 高频光电导少数载流子寿命 测试仪的使用方法； 2、测非平衡载流子的寿命。 二、实验原理 处于热平衡状态的半导体，在一定温度下，载流子浓度是一定的。这种处于热平衡状态下 的载流子浓度，称为平衡载流子浓度。半导体的热平衡状态是相对的，有条件的。如果对半导 体施加外界作用，破坏了热平衡的条件，这就迫使它处于与热平衡状态相偏离的状态，称为非 平衡状态。处于非平衡状态的半导体，其载流子浓度不再是 n0 和p 0 ，可以比它们多出一部分。 比平衡状态多出来的这部分载流子称为非平衡载流子，有时也称过剩载流子。 用光照使得半导体内部产生非平衡载流子的方法，称为非平衡载流子的光注入。光注入时 △n = △p （1） 在一般情况下，注入的非平衡载流子浓度比平衡时的多数载流子浓度小得多。对 n 型材料， △n 〈〈n ，△p 〈〈p ，满足这个条件的注入称为小注入，小注入条件下，非平衡少数载流子浓 0 0 度还是可以比平衡少数载流子浓度大很多，它的影响显得十分重要了，而相对来说非平衡多数 载流子的影响可以忽略。所以实际上往往是非平衡少数载流子起着重要作用，通常说的非平衡 载流子都是指非平衡少数载流子。 光注入必然导致半导体电导率增大，即引起附加电导率： △σ △=nqµ +△pqµ △=pq （µ +µ ） （2 ） n p n p 这个附加电导率可以用图 2.1 所示的装置观察。图中电阻 R 比半导体的电阻 r 大得多，因此无 论光照如否，通过半导体的电流 I 几乎恒定的。半导体上的电压降 V=Ir 。设平衡时电导率为σ0 ， 1 1  光照引起附加电导率△ σ，小注入时σ +△σ≈σ ，因此电阻率改变△ ρ - ≈- ，则电阻改 0 0 2    0 0 第 1 页 共 8 页 l l 变△r ≈ ，其中 ，s 分别为半导体的长度和截面积。因为△r∝△σ ，而V=I△r ，  l 2 s s 0 故△V∝△σ ，因此△V∝△p 。所以从示波器上观测到的半导体上电压降的变化就间接反映载流 子浓度的变化。 图2.1 光注入引起附加光电导 寿命的