非平衡载流子的产生与复合

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1、赵君20110702125余洋20110702126石兰20110702127非平衡载流子的产生与复合处于非平衡状态的半导体，其载流子浓度也不再是n0和p0（此处0是下标），可以比他们多出一部分。比平衡状态多出来的这部分载流子称为非平衡载流子。（1）非平衡载流子的产生：非平衡状态的半导体有两种情况，一种是比平衡载流子多出了一部分载流子，为注入情况；另一种是比平衡载流子缺少了一部分载流子，为抽出情况。（2）非平衡载流子的寿命：在没有外界作用时，所多出的载流子——非平衡载流子将要复合而消失（半导体恢复到平衡状态），非平衡载流子的平均消失时间就是载流子的“复

2、合寿命”；相反，对于缺少了载流子的半导体，将要产生出载流子、以恢复到平衡状态，这时，产生出缺少了的一部分载流子所需要的时间就是载流子的“产生寿命”。复合与产生的机理与半导体种类有关，Si主要是复合中心的间接复合机理。非平衡载流子Non-equilibriumcarrier（3）非平衡载流子多半是少数载流子：由于半导体电中性条件的要求，一般不能向半导体内部注入、或者从半导体内部抽出多数载流子，而只能够注入或者抽出少数载流子，所以半导体中的非平衡载流子一般就是非平衡少数载流子。（4）非平衡载流子的运动：因为作为少数载流子的非平衡载流子能够产生浓度梯度，所以

3、，非平衡载流子的扩散是一种重要的运动形式；在小注入时，尽管非平衡载流子的数量很小，但是它可以形成很大的浓度梯度，从而能够产生出很大的扩散电流。相对来说，非平衡载流子受电场作用而产生的漂移电流却往往较小。1.载流子的产生速率Q与复合速率R~指单位时间，单位体积内所产生（或复合掉)的电子—空穴对的数目。2.热平衡状态~1.产生速率Q=复合速率R；2.宏观性质保持不变；3.统计意义上的动态平衡。4.对非简并的半导体（半导体中掺入一定量的杂质时，使费米能级Ef位于导带和价带内，即Ev+3KT<=Ef<=Ec-3KT时，半导体成为非简并的。），热平衡的判据式为

4、：n0*p0=ni^2。3.非平衡状态~指在外界条件作用下，平衡条件被破坏，系统处于与热平衡状态相偏离的状态。。4.非平衡载流子（过剩载流子）~指处于非平衡状态下的载流子浓度n、p与热平衡状态时的载流子浓度n0、p0之差，即△n=n-n0、△p=p-p0，且△n=△p。非平衡状态与非平衡载流子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。非平衡载流子的产生与复合但是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

5、导体上，如图所示的一定温度下用光子能量hγ≥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。光照前半导体中电子和空穴浓度分别是n0和p0，并且n0>>p0。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就称为非平衡载流子。n型半导体中称Δn为非平衡多子，Δp为非平衡少子。n型半导体非平衡载流子的光注入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。非平衡载流子的存在使半导体的载流子

6、数量发生变化，因而会引起附加电导率当产生非平衡载流子的外部作用撤除以后，非平衡载流子也就逐渐消失，半导体最终恢复到平衡态。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。平衡态也不是静止的、绝对的平衡，而是动态平衡。1.定义~指在外界作用下使半导体产生非平衡载流子的过程。2.分类~1.非平衡载流子的光注入和电注入。2.小注入（△n=△p<

7、通常高于平衡态少子浓度。非平衡载流子的注入光照产生非平衡载流子的方式称作非平衡载流子的光注入，此外还有电注入等形式。通常所注入的非平衡载流子浓度远远少于平衡态时的多子浓度。例如n型半导体中通常的注入情况是Δn<

8、n0，Δp<