07_05非平衡载流子npNNe=np=~10-杭州电子科技大学.PDFVIP

固体物理讲义_第七章 半导体物理基础 07_05 非平衡载流子 N 型半导体 —— 主要载流子是电子，同时有少量的空穴载流子 电子是多数载流子 —— 多子 空穴是少数载流子 —— 少子 P 型半导体 —— 主要载流子是空穴，同时有少量的电子载流子 空穴是多数载流子 —— 多子 电子是少数载流子 —— 少子 在热平衡下，半导体中的杂质电子，或价带中的电子通过吸收热能，激发到导带中（载流子的产生）， 同时电子又可以回落到价带中和空穴发生复合（载流子的复合），最后达到平衡时，载流子的产生率 和复合率相等，电子和空穴的浓度有了一定的分布。 E g  k T 电子和空穴的浓度满足：n p N N e B —— 热平衡条件 0 0   外界的影响(光照、电场)作用下，电子和空穴浓度可能偏离平衡值，外界的作用将产生电子 — 空穴 对，此时电子和空穴的浓度变为n 和p n n n0 非平衡载流子： p p p 0 非平衡载流子是由于外界的作用产生的，撤除外界作用后，载流子又回 到了原来热平衡下时的状态。从电中性角度来看，非平衡电子和非平衡 空穴的浓度相同： n p —— 如图XCH_007_010 所示 在本征光吸收中，电子从价带中激发到导带中，在价带中产生数目相同的空穴  非平衡载流子对多子和少子的影响 多子的数目很大，非平衡载流子对多子的影响不明显 —— 对少子将产生很大影响 如N 型半导体掺杂的电子浓度约为~ 1015 ，空穴的浓度约为~ 105 如果非平衡载流子浓度为~ 1010 —— 则对少子空穴的导电有很大影响 在讨论非平衡载流子的问题时，主要关心的是非平衡少数载流子 1 非平衡载流子的复合和寿命 热平衡下，载流子的浓度具有稳定值，光照可以产生载流子 —— 价带中的电子本征吸收到导带中 光照开始时，载流子的产生率增大，同时复合率也增大，载流子的浓度偏离热平衡时的数目。经过 一段时间的光照后，非平衡载流子的浓度具有确定的数目，此时载流子的产生率和复合率相等，半 导体中载流子的浓度到达一个新的平衡 杭州电子科技大学 － 1 － 应用物理系 固体物理讲义_第七章 半导体物理基础 撤去光照，载流子的复合率大于产生率，经过一段时间后，载流子的浓度又恢复到热平衡下的数值。 Light irradiation No Light irradiation (n , p ) [n (n) , p (p) ] (n , p ) 0 0 T 0 0 0 0 T 0 0 T n 载流子的复合是以一个固定概率发生的，表示为：非平衡载流子的复合率  物理意义 —— 单位时间、单位体积复合的载流子数目 光照稳定时的非平衡载流子浓度：(n)0 and (p)0 d (n) n 撤去光照后，非平衡载流子浓度的变化：  dt  t  n (n) e  ——  是非平衡载流子的寿命 0  非平衡载流子的寿命 的意义 1) 光照可以使半导体的导电率明显增加 —— 光电