3非平衡载流子浓度为.PPT

2.1、间接复合四个过程的定量描述 2.2、稳定条件下的非平衡载流子的复合率和寿命 2.3、寿命与载流子浓度（ ）的关系 2.3、有效复合中心 有显著复合作用的复合中心为有效复合中心 有效复合中心条件 （1）rn与rp相近 （2）Et接近于Ei 以电子陷阱为例，则 当n1=n0时，上式取极大值。 连续性方程称为稳态连续性方程 。材料是均匀的，电场分布也是均匀的，则 所以 通解为 其中λ1λ2是下面方程的两个根 令 被称为牵引长度 则λ的方程式表示为 解为 在一块均匀的n型半导体，用局部的光脉冲照射会产生非平衡载流子。假定无外加电场，当局部脉冲停止后，空穴的一维连续性方程 若样品加上一均匀电场，则连续性方程为 金在硅中的复合作用 在制造半导体器件时，常用金作为有效复合中心，来提高器件开关速度，或改善频率特性。 金在硅中引入两个深能级：在导带底之下0.54eV的受主能级Ea，和在价带顶之上0.35eV的施主能级Ed。 ⑴在N型硅中，金原子更容易接受一个电子，成为负电中心Au-，即基本上被电子填满，受主能级起主要作用。 ⑵在P型硅中，施主能级起主要作用，金原子成为正电中心Au+，它对电子的俘获几率决定样品的寿命： ， ， 时， 实验测得， s cm r s cm r K T n p 3 8 3 7 10 3 . 6 10 15 . 1 300 - - ′ = ′ = = 3、表面复合 表面电子能级：表面吸附的杂质或其它损伤形成的缺陷态，它们在表面处的禁带中形成的电子能级，也称为表面能级。 表面复合：在表面区域，非平衡载流子主要通过半导体表面的杂质和表面特有的缺陷在禁带中形成的复合中心能级进行的复合。 表面复合率：单位时间内通过单位面积复合掉的电子-空穴对数，称为表面复合率，记为Us。实验发现 Us = s (△p)s 式中，比例系数 s 表示表面复合的强弱，称为表面复合速度。 4、俄歇复合 定义：载流子从高能级向低能级跃迁，发生电子-空穴复合时，把多余的能量付给另一个载流子，使这个载流子被激发到能量更高的能级上去，当它重新跃迁回低能级时，多余的能量常以声子形式放出，这种复合称为俄歇复合。 俄歇复合包括：带间俄歇复合以及与 杂质和缺陷有关的俄歇复合。 §5.5 陷阱效应 当半导体处于非平衡态时，会引起杂质能级上电子数目的改变。如果电子增加，说明能级具有收容部分非平衡电子的作用；若电子减少，则可以看成能级具有收容空穴的作用。杂质能级的这种积累非平衡载流子的作用就称为陷阱效应。 1、陷阱效应 陷阱：具有显著陷阱效应的杂质和缺陷能级称为陷阱。 陷阱中心：具有显著陷阱效应的杂质和缺陷称为陷阱中心。 2、具有显著陷阱效应的条件 （1）rn与rp相差很大 若rprn，就是空穴陷阱，反之则为电子陷阱。 （2）Et接近于EF 可以证明Et=EF时，陷阱效应最显著。 复合中心能级上的电子积累可表示为 △n 和△p对△nt的影响是对称的，为定性说明问题，以△n的影响为例，证明Et=EF时，陷阱效应最显著。 由稳定条件得 可见Et位于EF时陷阱最有效，且一般只有少数载流子才发生显著的陷阱效应。 电子落入陷阱后，大多需激发回导带，然后才能通过复合中心复合。因此陷阱的存在大大增长了从动态到稳态的弛豫时间。 以p型材料为例，其中存在两种电子陷阱，导致非平衡载流子衰减时间显著延长。 §5.6 载流子的扩散及漂移运动 The Diffusion and Drifting Motion of Carriers 重点： （1）扩散运动 （2）扩散方程 （3）扩散电流 1、扩散定律 （1）扩散：由于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。 （2）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 x方向的： 浓度梯度 扩散流密度 扩散流密度 单位时间通过垂直于粒子扩散方向的单位面积的粒子数。其中D为扩散系数。 x 2、半导体中非平衡载流子的扩散运动 x 用适当波长的光均匀照射掺杂均匀的半导体材料的一面。假定在半导体表面薄层内，光大部分被吸收，则在表面薄层内产生非平衡载流子。 空穴扩散流密度 电子扩散流密度 （1）空穴扩散电流密度 （2）电子扩散电流密度 （3）半导体扩散电流密度