电子工程物理基础v1.1(4-2).ppt

稳态时: 光 照 x 0 边界条件 中心谷： 卫星谷： 谷2（卫星谷）： E-k曲线曲率小 1 电场很低 2 电场增强 3 电场很强 (2 ) Negetive differential conductance(负微分电导) NDC 在某一个电场强度区域，电流密度随电场强度的增大而减小。 负的微分电导（negetive differential conductance）。 NDC 热载流子 强电场 速度饱和 进入介质层 碰撞电离 3. 强电场效应对器件的影响 第4章 半导体中电子的状态 4.1 电子的分布 4.2 载流子的调节 4.3 载流子的复合 4.4 载流子的散射 4.5 载流子的漂移 4.6 载流子的扩散 4.7 载流子的完整运动 考察p型半导体的非少子扩散运动 沿x方向的浓度梯度 电子的扩散流密度 （单位时间通过单位 截面积的电子数） 4.6 载流子的扩散（Diffusion） 一.净扩散 Dn---电子扩散系数（ electron diffusion coefficients） ——单位时间在小体积Δx·1中积累的电子数 扩散定律 在x附近，单位时间、单位体积中积累的电子数——积累率 稳态时，积累=损失 稳态扩散方程 三维 球坐标 一维求解 （1）若样品足够厚 （2）若样品厚为W（W ∞) 并设非平衡少子被全部引出 则边界条件为： ?n(W)=0 ?n(0)= (? n)0 得 当WLn时， 相应的 Sn=常数 空穴的扩散电流密度 电子的扩散电流密度 扩散电流密度 若样品足够厚 在光照和外场同时存在的情况下: （2）总电流密度 二.爱因斯坦关系 平衡条件下： Einstein Relationship 内建电场 最后得 同理 连续性方程 扩散、漂移、复合等运动同时存在时，少数载流子的运动方程。 以一维p型为例来讨论： ε 光照 在外加条件下，载流子未达到稳态时，少子浓度不仅是x的函数，而且随时间t变化： 三.载流子的完整运动 积累率 复合率 其它产生率 *电子积累率： 电子的扩散和漂移流密度 ------连续性方程 讨论（1）光照恒定 （2）材料掺杂均匀 （3）外加电场均匀 （4）光照恒定，且被半导体均匀吸收 对于n型半导体： p型半导体： 应用举例 1 用光照射n型半导体，并被表面均匀吸收，且gp=0 。假定材料是均匀的，且无外场作用，试写出少数载流子满足的运动方程。 非平衡少数载流子的扩散方程 恒定光照下 ——稳态扩散方程 2 用恒定光照射n型半导体，并被表面均匀吸收,且gp=0。假定材料是均匀的，且外场均匀，试写出少数载流子满足的运动方程，并求解。 解 此时连续性方程变为 方程的通解为： 考虑到非平衡载流子是随x衰减的 又 其中 ——空穴的牵引长度 空穴在寿命时间内所漂移的距离 最后得： 其中 电场很强 电场很弱 结论：由表面注入的非平衡载流子深入样品的平均距离，在电场很强时为牵引长度，而电场很弱时为扩散长度。 3 在一块均匀的半导体材料中，用适当频率的光脉冲照射其局部区域，请分别写出没有外场和加外场时，非平衡载流子在光脉冲停止后的运动方程。 没有外场 0 x ?p t=0 t=t1 t=t2 有外场 0 x ?p t=0 t=t1 A t=t2 4 稳态下的表面复合 稳定光照射在一块均匀掺杂的n型半导体中均匀产生非平衡载流子，产生率为gp。如果在半导体一侧存在表面复合（如图所示），试写出非平衡载流子的表达式。 表面复合 x 0 y 体内产生的非子为 空穴向表面扩散，满足的扩散方程 边界条件: 考虑表面复合: 例 今有一块均匀的n型硅材料，用适当的频率、稳定的光照射样品的左半边（如下图），产生电子-空穴对，其产生率为gp，求稳态时、小注入水平、样品足够长时两边的空穴浓度及分布。 光 照 x 0 大注入 半导体表面状态对非平衡载流子也有很大影响，表面处的杂质和表面特有的缺陷也在禁带形成复合中心。 （1）表面复合 表面氧化层、水汽、杂质的污染、表面缺陷或损伤。 四.其他复合 （2） 俄歇复合 （3） 陷阱效应 一些杂质缺陷能级能够俘获载流子并长时间的把载流子束缚在这些能级上。 俘获电子和俘获空穴的能力相差太大 产生原因： 电子陷阱 空穴陷阱 第4章 半导体中电子的状态 4.1 电子的分布 4.2 载流子的调节 4.3 载流子的复合 4.4 载流子的散射 4.5 载流子的漂移 4.6 载流子的扩散 4.7 载流子的完整运动 4.4 载流子的散射 散射是指运动粒子受到力场（或势场）的作用时运动状态发生