半导体中的非平衡过剩载流子 半导体物理与器件.ppt

6.3双极输运　双极输运方程 双极输运方程 双极扩散系数 双极迁移率 * 6.3双极输运　　掺杂与小注入 小注入条件下：P型半导体中有 小注入条件下P型半导体中可以将双极扩散系数和双极迁移率归纳为少数载流子电子的恒定参数。 双极输运方程变为具有恒定系数的线性微分方程。 小注入P型半导体双极输运方程。 * 6.3双极输运　　掺杂与小注入 小注入条件下：n型半导体中有 小注入n型半导体双极输运方程。 稳定状态： 无浓度梯度或无扩散电流： 无外加电场： 无过剩载流子产生： 无过剩载流子复合： * 无外加电场： * 6.3双极输运　双极输运方程的应用 1、无限大的均匀n型半导体，无外加电场。假设t=0时，晶体中存在浓度均匀的过剩载流子，而t0，g’=0.若假设过剩载流子浓度远小于热平衡电子浓度，即小注入状态，试计算t=0时过剩载流子浓度的时间函数。 * 6.3双极输运　双极输运方程的应用 例6.3 * 6.3双极输运　双极输运方程的应用 例6.4 * 6.3双极输运　双极输运方程的应用 * 6.3双极输运　　介质弛豫时间常数　 介质弛豫时间常数 介质弛豫时间常数 Si：Nd=1016cm-3时，τd=0.539ps * 6.3双极输运 　　　测定试验 海恩斯－肖克莱实验 * 6.3双极输运 　　　测定试验 测迁移率和扩散系数 t1 t2 * 6.4准费米能级 平衡时 * 6.4准费米能级 非平衡时 * 6.6表面效应 表面态 无限的表面复合速度，会导致表面的过剩载流子浓度和寿命为零。 * 小结 非平衡状态。 非平衡过剩载流子的复合和产生、载流子的寿命。 小注入。 准费米能级。 小注入条件下的双极输运方程 海恩斯－肖克莱实验 表面效应 * END * 第6章 半导体中的非平 衡过剩载流子 * 第6章半导体中的非平衡过剩载流子 6．1载流子的产生与复合 6．2过剩载流子的性质 6．3双极输运 6．4准费米能级 *6．5过剩载流子的寿命 *6．6表面效应 * 平衡状态下产生率等于复合率 产生是电子和空穴的生成过程 复合是电子和空穴的消失过程 6.1载流子的产生与复合 6.1.1平衡半导体 * 6.1载流子的产生与复合 6.1.1平衡半导体 平衡态半导体的标志就是具有统一的费米能级EF，此时的平衡载流子浓度n0和p0唯一由EF决定。平衡态非简并半导体的n0和p0乘积为 称n0p0=ni2为非简并半导体平衡态判据式。 * 6.1载流子的产生与复合 6.1.2过剩载流子 半导体的平衡态条件并不总能成立，如果某些外界因素作用于平衡态半导体上，如图所示的一定温度下用光子能量hν≥Eg的光照射n型半导体，这时平衡态条件被破坏，样品就处于偏离平衡态的状态，称作非平衡态。 1、非平衡态 * 光照前半导体中电子和空穴浓度分别是n0和p0，并且n0p0。 光照后的非平衡态半导体中电子浓度n=n0+δn ，空穴浓度p=p0+δp ，并且δn=δp 。 比平衡态多出来的这部分载流子δn和δp就称为过剩载流子。n型半导体中称δn为过剩电子，δp为过剩空穴 6.1载流子的产生与复合 6.1.2过剩载流子 2、非平衡载流子的产生： * 一般来说：n型半导体中：δn n0，δp n0。 p型半导体中：δn p0，δp p0。 6.1载流子的产生与复合 6.1.2过剩载流子 小注入：过剩载流子浓度远小于平衡态时的多子浓度 要说明的是即使满足小注入条件，非平衡少子浓度仍然可以比平衡少子浓度大得多!!! 因此相对来说非平衡多子的影响轻微，而非平衡少子的影响起重要作用。通常说的非平衡载流子都是指非平衡少子。 大注入：过剩载流子浓度接近或大于平衡时多子的浓度 * 热平衡状态下，导带中的电子可能会落入价带中，从而带来过剩电子-空穴的复合过程。 也可以说半导体由非平衡态恢复到平衡态的过程，也就是非平衡载流子逐步消失的过程，称为非平衡载流子的复合。 6.1载流子的产生与复合 6.1.2过剩载流子 3、非平衡载流子的复合： * 4、过剩少子的寿命　 光照停止后非平衡载流子生存一定时间然后消失，所以过剩少子浓度是一个与时间有关的量。把撤除光照后非平衡载流子的平均生存时间τ称为非平衡载流子的寿命。 由于非平衡少子的影响占主导作用，故非平衡载流子寿命称为少子寿命。 为描述非平衡载流子的复合消失速度，定义单位时间单位体积内净复合消失的电子-空穴对数为非平衡载流子