半导体物理5非平衡载流子.ppt

5.5.3 扩散电流 三维情况类似，见教材P136-137 * 5.5.4 探针注入 探针尖陷入半导体表面形成半径为r0的半球。 在这种情况下，非平衡载流子浓度?p只是径距r的函数，是一个球对称的情况。 三维 球面坐标变换 * 5.5.4 探针注入 在边界处，沿径向的流密度为 比较： 这表明, 这里扩散的效率比平面情况要高。 * 原因： 在平面情况下，浓度梯度完全依靠载流子进入半导体内的复合。 在球对称情况下，径向运动本身就引起载流子的疏散，造成浓度梯度，增强了扩散的效率。 几何形状引起的扩散速度 5.6 载流子的漂移运动、爱因斯坦关系式 5.6.1 浓度梯度引起的自建电场 * 考虑一n型半导体，掺杂不均匀，热平衡状态 5.6.2 爱因斯坦关系式 * 5.6.2 爱因斯坦关系式 * 代入 爱因斯坦关系式 针对平衡态推导出来的，但也适用于非平衡态 但注意，只对非简并半导体适用！！！ 5.6.3 丹倍效应 * 要产生一自建场——丹倍电场 双极扩散系数 5.6.3 丹倍效应 丹倍效应的几点说明： 1、来源——电子与空穴扩散不同步，电子比空穴快。 2、作用——降低电子扩散，加速空穴扩散，努力使之同步。 3、双极扩散系数——概括了丹倍电场对电子和空穴扩散的影响。总的来说，丹倍效应对少子扩散影响小，而对多子扩散影响大。 * 5.7 连续性方程式 5.7.1 少子连续性方程的一般形式 * 以n型半导体为例，考虑一维情况 扩散 漂移 产生 复合 5.7.2 连续性方程的应用 * 均匀掺杂： 均匀电场： 稳态： 内部没有其它产生：gp=0 5.7.2 连续性方程的应用 a. 光激发的载流子衰减 * （没有电场） （体内均匀产生非平衡载流子） （t=0时刻，光照停止） 5.7.2 连续性方程的应用 b. 瞬时光脉冲 * （没有电场） （脉冲已停止） 5.7.2 连续性方程的应用 c. 瞬时电脉冲 * （有均匀电场） （电脉冲已停止） 5.7.2 连续性方程的应用 d. 光照恒定，稳态 * （有均匀电场） （体内没有光照） (稳态) 5.7.2 连续性方程的应用 * 5.7.2 连续性方程的应用 e. 稳态下的表面复合 * （没有电场） (稳态) 5.7.2 连续性方程的应用 * 例1 p型半导体掺杂NA=1016/cm3，少子寿命为10us。在均匀光照下，产生非平衡载流子，其产生率为1018/cm3S。求室温时光照下的EF并和原来无光照时的EF比较(ni=1010/cm3)。 * 例2 设NA=1015/cm3的p-Si， ni=1.5×1010cm-3。若载流子注入在正x区域内产生的非平衡电子浓度为?n(x)=1017exp(-2000x)。求空穴浓度p(x)，并计算在x=0处电子浓度与空穴浓度的比值n/p，说明是小注入还是大注入。 * 例3 一均匀n-Si，如图左半部用稳定光照射，均匀产生电子空穴对，产生率为g，若样品足够长，求稳态时样品两边的空穴浓度分布。 边界处向右扩散 x p(x) * 例4 一非均匀半导体p0如图所示。 (1)求无外电场时，Jp(x)的表达式并画曲线。 (2)若要使净空穴电流为零，求所需内电场的表达式并画曲线。 样品 P(x) P(0) p0 0 w x (3)若p(0)/p0=103，求x=0和x=w之间的电位差。 (已知：Dp、?p、?、p0为平衡浓度，w为样品厚度，室温下) * * 重庆邮电大学微电子教学部 * 5.3.2 间接复合 * 重庆邮电大学微电子教学部 * 5.3.2 间接复合 * 重庆邮电大学微电子教学部 * 5.3.2 间接复合 ： 深能级——有效的复合中心 重庆邮电大学微电子教学部 * 5.3.2 间接复合 * * 重庆邮电大学微电子教学部 * 5.3.2 间接复合 俘获截面 单位时间内，某个复合中心俘获的电子（或空穴）数目 基本上和原子的大小差不多 * 重庆邮电大学微电子教学部 * 5.3.2 间接复合 单位：10-16cm2 * 重庆邮电大学微电子教学部 * 5.3.2 间接复合 讨论金在硅中的复合作用 金是硅中的深能级杂质，在硅中形成双重能级；位于导带底以下0.54eV的受主能级EtA，和位于价带顶以上0.35eV的施主能级EtD。 硅中的金原子可以接受一个电子，形成负电中心Au?，起受主作用，相应的能级就是EtA。金原子也可以施放一个电子，成为正电中心Au+，起施主作用，相应的能级为EtD。 * 重庆邮电大学微电子教学部 * 5.3.2 间接复合 但是，金在硅中的两个能级并不是同时起作用的。