半导体物理_第7讲..ppt

少数载流子脉冲在电场中的漂移 若加一均匀的电场，则连续性方程为 上式表明，加上外加电场，光脉冲停止后，整个平衡载流子的向样品的负端运动。 牵引长度介绍 稳态时，G＝0，dE/dx=0. 电场较大时，扩散电流忽略，有 牵引长度介绍 电场较弱时，漂移电流可以忽略，则LP（E）LP,有 连续性方程 反映了半导体中少数载流子运动的普遍规律。是研究半导体器件原理的基本方程之一。 陷阱效应 稳态时，有 小注入时，能级上的载流子的积累可由下式导出。 陷阱效应 只考虑电子时，有 设rnrp,即为电子陷阱，有 陷阱效应 结论 局部能级作为施主，受主，复合中心还是陷阱主要由其能级位置，数量以及对两种载流子俘获系数大小，及温度有关。常见的是少子陷阱。 陷阱效应 少子的意义 N半：n0大＝＞Nt大＝＞Δnt大 P半: n0小＝＞Nt不必太大＝＞Δnt较大 所以少数载流子的陷阱效应比多数载流子更加明显。 陷阱效应 陷阱能级的位置 电子陷阱，费米能级EF以上的能级，且又靠近EF，陷阱效应显著 陷阱作用 不参与导电，但间接影响附加电导率 §5.4　非平衡载流子的扩散和漂移 扩散：完全是由粒子浓度不均匀所引起的，是粒子的有规则运动，且与粒子的无规则运动密切相关。 扩散流密度：单位时间通过单位面积的粒子数。 Sn,Sp为电子空穴扩散流密度。 Dn,Dp为电子空穴扩散系数。 扩散运动 扩散系数反映了非平衡少数载流子扩散能力的大小。 DnDp，单位为cm2/s。 Dp/dx,dn/dx为载流子浓度梯度。 式中负号表示自浓度高向浓度低的位置扩散。 扩散运动 扩散系数与温度，杂质浓度有关 扩散电流密度 扩散运动 一般情况下，Sp随x位置而变化，有 表示为单位时间在单位体积内积累的空穴数＝单位时间单位体积内由于复合而消失的空穴数 扩散运动 又有稳态下，Δp(x)/τ为复合掉的空穴数，有 在体内不存在产生过剩少子的其它因素时，稳定条件下，扩散造成的积累和复合之间保持平衡 扩散运动 解得 Lp为扩散长度，有 标志非平衡载流子深入样品的平均距离 扩散运动 对所得结果讨论，有 当样品足够厚时，即W＞＞Lp，边界为 有 可见，向内扩散的空穴流大小就如同表面空穴以Dp/Lp的速度向内运动一样。 扩散运动 样品很薄时，在样品另一端设法将非平衡少子全部引出，有WLp 代入稳态扩散方程的解后有 扩散运动 因为W＜＜Lp,有 扩散流密度为 意味着非平衡载流子在样品中没有复合 漂移电流及扩散电流 外加电场作用下，载流子将作漂移运动，产生漂移电流，如下 扩散电流为， 漂移运动 在半导体中非平衡载流子不平衡，且有外加电场作用时，半导体中既有漂移运动，又有扩散运动。 对半导体来说，有 漂移运动 热平衡态的非均匀n型半导体，设施主杂质浓度随x增加而下降，电子空穴也为x的函数，即载流子沿x方向扩散，产生扩散电流。 由于内部不保持电中性，体内必然存在抑制扩散的电场，从而产生载流子的漂移电流。 宏观电流是不存在的，则总电流分别等于0。 爱因斯坦关系式 电场与电势的关系为， 附加静电势为-qV(x) 从而使导带底的能量也有所变化，在非简并的条件下，电子浓度为 爱因斯坦关系式 对n0求导，有 最终有爱因斯坦关系式为 爱因斯坦关系式 意义 适于非平衡及平衡态 反映了非简并情况下载流子迁移率及扩散系数之间的关系 说明了刚激发的载流子虽然和平衡载流子有不同的速度和能量，但由于和晶格能量交换，在比寿命τ短得多的时间内就取得了与该温度相适应的速度分布。所以在复合前绝大部分时间中已和平衡载流子没有什么区别 §5.5连续性方程式 半导体中的电流连续性 连续性方程 应用 半导体中的电流连续性 在半导体中的一小块区域中，载流子浓度受以下两种因素影响 非平衡载流子的产生及复合 这个区域同半导体其它区域间的载流子通过扩散或漂移进行交换 这两个过程结合起来就产生了空穴及电子的连续性方程 连续性方程 因为载流子的浓度与四个过程有关，我们建立起相应的变化关系，如下 右手第一项为进入及离开这个区域的空穴数量的不平衡。第二项为产生及复合的变化。 连续性方程 当δx－＞0时，有 连续性方程 扩散在单位时间单位体积内积累的空穴数为 漂移在单位时间单位体积内积累的空穴数为 连续性方程 产生和复合引起的载流子变化为 最终有单位时间单位体积内载流子随时间的变化率为 连续性方程 稳态时，载流子浓度不随时间变化，称稳态连续性方程。 若材料是均匀的，G=0,表面光照恒定；则浓度不随时间变化,电场均匀，dE/dx=0,有 应用 光激发的