3. 非平衡载流子的复合直接复合.PPT

2.3 半导体的额外载流子 2.3.1 额外载流子的产生与复合 2.3.2 额外载流子的运动 2.3.1 额外载流子的产生与复合 平衡态半导体的标志就是具有统一的费米能级EF，此时的平衡载流子浓度n0和p0唯一由EF决定。平衡态非简并半导体的n0和p0乘积为 称n0p0=ni2为非简并半导体平衡态判据式。 2.3.2 非平衡载流子的运动 对非平衡载流子有两种定向运动： 扩散是因为无规则热运动而引起的粒子从浓度高处向浓度低处的有规则的输运，扩散运动起源于粒子浓度分布的不均匀。 均匀掺杂的n型半导体中，因为不存在浓度梯度，也就不产生扩散运动，其载流子分布也是均匀的。 如果以适当波长的光照射该样品的一侧，同时假定在照射面的薄层内光被全部吸收，那么在表面薄层内就产生了非平衡载流子，而内部没有光注入，这样由于表面和体内存在了浓度梯度，从而引起非平衡载流子由表面向内部扩散。 一维情况下非平衡载流子浓度为Δp(x)，在x方向上的浓度梯度 为dΔp(x)/dx。如果定义扩散流密度为S, 单位时间垂直通过单位面积 的粒子数，那么S与非平衡载流子的浓度梯度成正比。 设空穴的扩散流密度为Sp，则有下面所示的菲克第一定律 Dp为空穴扩散系数，它反映了存在浓度梯度时扩散能力的强弱， 单位是cm2/s，负号表示扩散由高浓度向低浓度方向进行。 如果光照恒定，则表面非平衡载流子浓度恒为(Δp)0，因表面 不断注入，样品内部各处空穴浓度不随时间变化，形成稳定分布， 称为稳态扩散。 通常扩散流密度Sp是位置x的函数Sp(x)，则 稳态下dSp(x)/dx就等于单位时间、单位体积内因复合而消失的 空穴数Δp/τp 此式就是一维稳态扩散方程，通解是 ， 其中 ，系数A和B要根据特定的边界条件加以确定。 如果样品半无穷大，非平衡载流子尚未到达样品另一端就全 部复合消失，即x→∞ 时Δp(x)→0，因而通解中B=0；在x=0处， Δp(x)=(Δp)0 ，则A=(Δp)0，因此 这表明非平衡载流子从表面的(Δp)0开始，在体内按照指数规律衰 减。当x=Lp时，则有Δp(Lp)=(Δp)0 /e，即非平衡载流子因为存在 复合由(Δp)0衰减到(Δp)0 /e所扩散距离就是Lp。而非平衡载流子 的平均扩散距离为 因此Lp反映了非平衡载流子因扩散而深入样品的平均距离，称Lp 为空穴扩散长度。 如果样品为有限厚度w，同时设法在样品另一端将非平衡少子全部 抽取干净，那么 由此确定系数A和B，得到这种情形的特解为 当样品厚度w远小于扩散长度Lp时，上式近似为 此时的扩散流密度 为常数，表明由于样 品很薄，非平衡载流子还来不及复合就扩散到了样品的另一端。 第三章 半导体应用基础 3.1 半导体器件的基本结构 3.2 半导体pn结原理 3.3 半导体光电子学原理 3.1 半导体器件的基本结构 热平衡PN结 pn结正向偏置的影响 内建电场强度 空间电荷数 空间电荷区宽度 势垒高度 载流子扩散 pn结反向偏置的结果 内建电场强度 空间电荷数 空间电荷区宽度 势垒高度 载流子漂移 载流子扩散 3) PN结的单向导电性 根据载流子扩散与漂移的观点分析了结的单向导电性： 正偏压使空间电荷区内建电势差由 下降到 打破了PN结的热平衡，使载流子的扩散运动占优势即造成少子的正向注入且电流很大。反偏压使空间电荷区内建电势差由 上升到 同样打破了pn结的热平衡，使载流子的漂移运动占优势这种漂移是N区少子空穴向P区和P区少子电子向N区的漂移，因此电流是反向的且很小。 5.pn结反向恢复电流 pn结由正向导通转为反向阻断 反向恢复电流 反向恢复时间（关断时间） 半导体吸收满足一定条件的光，引起电子从低能态向高能态的激发产生额外载流子。 光电导效应:均匀半导体且处于外加电场之中，产生的额外载流子在外加电场作用下的漂移运动将形成附加电流。 主要用于制造光敏电阻 半导体吸收满足一定条件的光，引起电子从低能态向高能态的激发产生额外载流子。 电致发光效应:利用正偏置pn结在半导体的近表面区注入额外载流子，这些载流子的复合将发射光子。 主要用于制造发光二极管（LED