半导体物理学Chapter 5.pptVIP

电子－空穴对复合的能量传给导带的电子电子－空穴对复合的能量传给价带的空穴热平衡时逆过程根据细致平衡原理以上两种复合机构同时存在时，非平衡载流子的净复合率U为:热平衡情况下:非平衡情况下:5.5陷阱效应当半导体处于平衡态时,无论是施主、受主、复合中心或其他杂质能级上,都具有一定数目的电子。当半导体处于非平衡态时,若能级上电子增加,则认为此能级具有收容电子的作用；反之,则具有收容空穴的作用。杂质能级这种积累非平衡载流子的作用就称为陷阱效应。在间接复合理论中，稳定情况下，杂质能级上的电子数为:小注入情况下，能级上的电子积累可由下式导出:影响相互独立，在表达式中形式对称，可以只考虑任一项假定能级俘获电子和空穴的能力无差别，设式中第2项总是小于1。因此,除非复合中心浓度Nt可与平衡载流子浓度之和（n0＋p0）相比拟或者更大时,是不会有显著的陷阱效应的。而实际上,典型的陷阱,虽然浓度小,仍可以使陷阱中的非平衡载流子远远超过导带和价带中的非平衡载流子。这说明,实际陷阱对电子和空穴的俘获能力有差别。以电子陷阱为例,少数载流子陷阱陷阱俘获空穴后，很难俘获电子；陷阱俘获电子后，很难俘获空穴。杂质能级和费米能级重合,最有利于陷阱作用。分析:更低的能级，基本被电子填满，不能起陷阱作用；更高的能级，平衡时基本是空着的，适于陷阱的作用，但随着Et的升高，电子被激发到导带的概率增加。结论:对电子陷阱来说，费米能级以上的能级，越接近费米能级，陷阱效应越显著。从以上分析可知,电子落入陷阱后,基本上不能和空穴直接复合,必须首先被激发到导带,再通过复合中心复合,因此增长了从非平衡态恢复到平衡态的驰豫时间。P型硅的附加电导衰减5.6载流子的扩散运动考虑空穴的扩散运动稳态扩散方程（1）样品足够厚,非平衡载流子无法到达样品的另一端。扩散长度由于扩散，单位时间、单位体积内积累的空穴数为:（2）样品厚度为W,设法在样品另一端将非平衡载流子全部引出。三维情况下:探针注入令半导体物理学理学院物理科学与技术系第五章非平衡载流子5.1非平衡载流子的注入与复合5.2非平衡载流子的寿命5.3准费米能级5.4复合理论5.5陷阱效应5.6载流子的扩散运动、漂移运动5.7连续性方程式5.1非平衡载流子的注入与复合处于热平衡下的半导体,在一定温度下,载流子浓度是一定的。平衡载流子浓度半导体的热平衡状态是相对的。如果对半导体施加外界作用,破坏了热平衡状态,称为非平衡状态。比平衡状态多出来的载流子,称为非平衡载流子,或者过剩载流子。如在一定温度下,无光照,对n型半导体有用适当波长的光照射半导体时,只要光子的能量大于半导体的禁带宽度,那么光子就能把价带电子激发到导带上去,产生电子－－空穴对,使导带电子和价带空穴比平衡状态多。光注入在一般情况下,注入的非平衡载流子浓度比平衡时的多子浓度小得多。对n型半导体,如在1欧姆.厘米的n型硅中,若注入非平衡载流子小注入条件非平衡少子浓度变化极大小注入条件光注入引起附加光电导光注入必然导致半导体电导率增大，即引起附加电导率:半导体上压降:产生过剩少子的两种方式:光注入和电注入。值得注意的是,热平衡并不是一种绝对静止的状态。在半导体中,任何时候电子和空穴总是不断地产生和复合,在热平衡状态,产生和复合处于动态平衡。热平衡光照非平衡态热平衡光照结束当光照结束后,注入的非平衡载流子开始复合,即原来激发到导带的电子又回到价带,电子和空穴成对地开始消失。最后,载流子浓度恢复到平衡态。－－非平衡载流子的复合过程。5.2非平衡载流子的寿命上节说明,小注入时,电压的变化就反映了过剩少子浓度的变化。因此,可以利用此实验来观察光照停止后,非平衡少子浓度随时间变化的规律。实验表明,光照结束后,过剩少子浓度按指数规律减少,说明非平衡载流子并不是立刻消失,而是有一定的存在时间。非平衡载流子寿命:非平衡载流子的平均生存时间，用表示。一般更关注少数载流子寿命（少子寿命）。少子寿命复合概率单位时间单位体积的净复合率非平衡载流子浓