半导体物理课件1-7章(第五章).ppt

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

•5.7载流子的漂移运动,爱因斯坦关系式

•5.8连续性方程式

•5.9硅的少数载流子寿命与扩散长度

本章重点

Ø非平衡载流子的产生、复合、寿命

Ø准费米能级

Ø复合理论

Ø非平衡载流子的运动规律

Ø扩散方程

Ø爱因斯坦关系式

Ø连续性方程

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5.1非平衡载流子的注入与复合

•半导体的热平衡态与非平衡态

一定温度下，热平衡状态下半导体的载

流子浓度是一定的。外场的作用，只是改变

载流子在一个能带中能级之间的分布，而没

有引起电子在能带之间的跃迁，在导带和价

带中的载流子数目都没有改变。这种处于热

平衡状态下的载流子浓度，称为平衡载流子

浓度。

1、热平衡状态特点：

•半导体受均匀不变的温度，不受外界作用

•处于热平衡态的半导体，在一定温度下，载

流子浓度是恒定的。用n0和p0分别表示平衡

电子浓度和平衡空穴浓度。

在非简并情况下，它们的乘积满足下式

Eg2

n0p0NcNvexp()ni

k0T

•半导体中载流子的产生和复合过程保持动

态平衡

载流子的产生率＝载流子的复合率

2、非平衡载流子的产生：

对半导体施加外部作用使其内部产生非平衡载流

子的方法，称为非平衡载流子的注入。

产生非平衡载流子的方法有：

Ø光注入：用光照使半导体内部产生非平衡载流子

的方法，称为非平衡载流子的光注入。

Ø电注入

Ø高能粒子辐照

Ø其它能量传递方式

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•对半导体施加外界作用，如：光照、注入等，

使半导体处于与热平衡态相偏离的状态，称为

非平衡态。此时比平衡态多出来的载流子，称

为过剩载流子或非平衡载流子。

•大多数情况下，非平衡载流子都是在半导体的

局部区域产生的。它们除了在电场作用下的漂

移运动以外，还要作扩散运动。

•★非平衡态的特点：产生率不等于复合率

4、★光注入：非平衡载流子np

Ec

Eg

Ev



nn0npp0p7

对Ｎ型半导体，电子为非平衡多数载流子，空

穴称为非平衡少数载流子。

对Ｐ型半导体，空穴称为非平衡多数载流子，

而电子称为非平衡少数载流子。

3、大注入和小注入：

小注入：

15-3

例如，在室温下n0=1.5×10cm的N型硅中，空

5-3

穴浓度p0=1.5×10cm。如果引入非平衡载流子

10-3

Δn=Δp=10cm，则Δnn0。但Δpp0

小注入情况下，非平衡少子浓度可以比平

衡少子浓度大得多，其作用显著，而非平衡多

子的作用可忽略。通常说的非平衡载流子都是

指非平衡少子。

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4、非平衡载流子的注入和检验：

•注入的非平衡载流子可以引起电导调制效应,

使半导体的电导率由平衡值σ0增加为σ０+Δσ,

附加电导率Δσ可表示为

nqnpqp

(n0n)qn(p0p)qp

(n0qnp0qp)(nqnpqp)

0

nqnpqp

光注入Δp=Δn

pq(np)

通过附加电导率的测量可以直接检验非平

衡载流子的存在。

小注入时00

电阻率变化：

0

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1/1/0