5第五章 非平衡载流子1.ppt

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1、第五章非平衡载流子§5.1非平衡载流子的注入与复合一、非平衡载流子的产生1．光注入用波长比较短的光照射到半导体光照∆n∆pnopo光照产生非平衡载流子2．电注入3．非平衡载流子浓度的表示法产生的非平衡载流子一般都用n，p来表示。此时（非平衡时）：n=n0+np=p0+pn0，p0为热平衡时电子浓度和空穴浓度，n，p为非平衡载流子浓度。对同块材料：n=p热平衡时n0·p0=ni2，非平衡时n·p＞ni2n型：n—非平衡多子p—非平衡少子p型：p—非平衡多子n—非平衡少子注意：n，p—非平衡载流子的浓度n0，p0—热平衡载流子浓度n，p—非平衡时导带电子浓度和

2、价带空穴浓度4．大注入、小注入●注入的非平衡载流子浓度大于平衡时的多子浓度，称为大注入。n型：n>n0，p型：p>p0●注入的非平衡载流子浓度大于平衡时的少子浓度，小于平衡时的多子浓度，称为小注入。n型：p0<n>p0。非平衡少子浓度>>平衡少子浓度即使小注入，实际上，非平衡少子起重要作用。二、非平衡时的附加电导热平衡时：非平衡时：——附加电导率n型：多子：少子：三、非平衡载流子的检测设外接

3、电阻R>>r(样品的电阻)外光注入引起附加光电导光照R半导体无光照时：有光照后：电压降的变化间接反映了非平衡载流子的变化当外部作用撤除后，半导体会如何变化呢？实验发现，光照停止后，ΔV很快变为0即产生非平衡载流子的外部作用撤除后，由于半导体的内部作用，使它由非平衡态恢复到平衡态，非平衡载流子逐渐消失，该过程称为非平衡载流子的复合。光照，产生>复合，非平衡撤除光照，复合>产生，非平衡最后，复合=产生，平衡(1)随光照时间的变化t=0，无光照，Vr=0△Vrt0t>0，加光照↑有净产生§5.2非平衡载流子的寿命复合<产生(2)取消光照在t=0时，取消光照，复合>产生。△Vrt0非平衡载

4、流子在半导体中的生存时间称为非子寿命，τ。↓有净复合非子的平均寿命假设t=0时，停止光照t=t时，非子浓度为p(t)t=t+t时，非子浓度为p(t+t)在t时间间隔中，非子的减少量：p(t)—p(t+t)单位时间、单位体积中非子的减少为：当t0时，t时刻单位时间单位体积被复合掉的非子数，为：假设复合几率为C为积分常数t=0时，0τt寿命不同，衰减快慢不同；寿命越短，衰减越快非子的平均寿命：t=时，非子浓度减到：τ为非平衡载流子的寿命§5.3准费米能级和非平衡载流子浓度一、非平衡态时的准费米能级热平衡状态的标志－－统一的费米能级来描述电子和空穴浓度非平衡状态－－

5、导带准费米能级价带准费米能级二、非平衡态时的载流子浓度1．表达式热平衡态时：非平衡时：2．准费米能级的位置N型材料：略高于EF,远离EFP型材料：略低于EF,远离EF小，大，N型EcEvEFEFnEFpP型EcEvEFEFpEFn3．非平衡态的浓度积与平衡态时的浓度积EFn和EFp偏离的大小反映np和ni2相差的程度，即半导体偏离热平衡态的程度§5.4非平衡载流子的复合产生非子的外部作用撤除后，由于半导体的内部作用，使它由非平衡态恢复到平衡态，非子逐渐消失，这一过程叫。一、复合类型按复合机构分直接复合：•°EcEv间接复合：EcEv•°Et按复合发生的位置分表面复合体内复合按放出能

6、量的形式分发射光子俄歇复合发射声子→辐射复合→无辐射复合二、非子的直接复合1．复合率和产生率(1)复合率：单位时间、单位体积中被复合的载流子对（电子、空穴对），量纲为：对(个)/s·cm3用R表示RnpR=rnpr：比例系数，它表示单位时间一个电子与一个空穴相遇的几率，通常称为复合系数当n=n0，p=p0时，rn0p0=热平衡态时单位时间、单位体积被复合掉的电子、空穴对数对直接复合，用Rd表示复合率Rd=rdnp—非平衡Rd=rdn0p0—热平衡rd为直接复合的复合系数G在所有非简并情况下，基本相同，与温度有关，与n,p无关非平衡态下的产生率EcEvEt•(一)(二)电子由Ec→E

7、t••(甲)(乙)(丙)(丁)导带的电子浓度→n复合中心上的空态→Nt-nt(甲)复合中心上的电子浓度→nt导带中的空态S－为比例系数,称为电子激发几率热平衡时，电子的产生率＝电子的复合率(乙)→浅能级杂质→深能级杂质（复合中心）对复合中心：(丙)(丁)2．复合稳态时复合中心的电子浓度在稳定时，甲、乙、丙、丁四个过程必须保持复合中心的电子数不变甲+丁=乙+丙••(甲)(乙)(丙)(丁)甲丁丙乙3．间接复合的复合率U和寿命当复合达到稳态时甲-乙=丙-丁••