非平衡载流子的产生与复合ppt课件.pptx

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1、5.1非平衡载流子的产生与复合教学要求1．掌握概念：非平衡多子、非平衡少子、净复合率、寿命。2．理解方程式(5.1-7)所包含的物理意义。3．记忆公式(5.1-8)并理解其物理意义。4．了解推导公式(5.1-10)的基本物理思想。15.1非平衡载流子的产生与复合处于热平衡状态的半导体，在一定温度下载流子浓度是恒定的。用和分别表示处于热平衡状态的电子浓度和空穴浓度，和满足质量作用定律。如果对半导体施加外界作用，就会使它处于非平衡态。这时，半导体中的载流子浓度不再是和，而是比它们多出一部分。比平衡态多出来的这部分载流子，称为非平衡载流子，也称为

2、过量载流子。25.1.1非平衡载流子的产生设想一个N型半导体，。若用光子能量大于禁带宽度的光照射该半导体，则可将价带的电子激发到导带，使导带比平衡时多出一部分电子，价带中多出一部分空穴，如图5.1所示。在这种情况下，导带电子浓度和价带空穴浓度分别为(5.1-1)(5.1-2)而且(5.1-3)式中和就是非平衡载流子浓度。3非平衡多子、非平衡少子对于N型半导体，电子称为非平衡多数载流子，简称为非平衡多子或过量多子。空穴称为非平衡少数载流子，简称为非平衡少子或过量少子。对于P型半导体则相反。在非平衡态，仍然成立，但关系不成立。4附加光电导率（

3、光电导）光照产生的非平衡载流子可以增加半导体的电导率(5.1-4)称为附加光电导率(或简称光电导)。用光照射半导体产生非平衡载流子的方法称为载流子的光注入。5低水平注入（小注入）注入产生非平衡载流子，可能存在两种情况。倘若注入的非平衡载流子浓度与热平衡多数载流子浓度相比很小，但是却远远大于热平衡少数载流子浓度(如N型半导体中)，则多子浓度基本不变，而少子浓度近似等于注入的过量少子浓度。这种情况称为低水平注入，也叫小注入，即(5.1-5)(5.1-6)6低水平注入（小注入）从表5.1可以看出，虽然多子电子浓度的变化是可以忽略的，但少子空穴的浓

4、度却增加了几个数量级。非平衡载流子在数量上对多子和少子的影响具有很大的差别。7高水平注入（大注入）另一种情况是，若注入的非平衡载流子浓度可以和热平衡多子浓度相比较，则称为高水平注入或大注入。85.1.2非平衡载流子的复合非平衡载流子是在外界作用下产生的，它们的存在相应于非平衡情况。当外界作用撤除以后，由于半导体的内部作用，非平衡载流子将逐渐消失，也就是导带中的非平衡电子落入到价带的空状态中，使电子和空穴成对消失，这个过程称为非平衡载流子的复合。通常把单位时间、单位体积内产生的载流子数称为载流子的产生率，而把单位时间、单位体积内复合的载流子数

5、称为载流子的复合率。9热平衡情况在热平衡情况下，由于半导体的内部作用，产生率和复合率相等，产生与复合之间达到相对平衡，使载流子浓度维持一定。10非平衡情况当有外界作用时(例如光照)，产生与复合之间的相对平衡被破坏，产生率将大于复合率，使半导体中载流子的数目增多，即产生非平衡载流子。随着非平衡载流子数目的增多，复合率将增大，当产生和复合这两个过程的速率相等时，非平衡载流子数目不再增加，达到稳定值。在外界作用撤除以后，复合率超过产生率，结果使非平衡载流子逐渐减少，最后恢复到热平衡情况。11非平衡载流子的寿命在单位时间内，由于少子与多子的复合而引

6、起非平衡载流子浓度的减少率与它们的浓度成比例，即引入比例系数，则可写成等式(5.1-7)由上式可以看出，表示在单位时间内复合掉的非平衡载流子在现存的非平衡载流子中所占的比例。所以，是单位时间内每个非平衡载流子被复合掉的概率。是单位时间、单位体积内复合掉的载流子数，因此就是非平衡载流子的净复合率。12写成(5.1-8)求解方程(5.1-7)，可得(5.1-9)其中，是时的非平衡载流子浓度。式(5.1-9)表明，非平衡载流子浓度随时间按指数规律衰减，是反映衰减快慢的时间常数。越大，衰减得越慢。是衰减到的1/e所用的时间，称为非平衡载流子的寿命。

7、13例5.1t= 0时半导体中非平衡载流子浓度为。非平衡载流子寿命为。t> 0时停止产生非平衡载流子的外部作用。试求下列时刻半导体中非平衡载流子浓度：（1）t= 0；（2）t=1；（3）t= 4。解：由式(5.1-9)（1）t= 0：（2）t= 1：（3）t= 4：14例5.2利用例5.1给出的参数，计算以下时刻非平衡载流子的复合率：（1）t=0；（2）t=1；（3）t=4。解：不同时刻不同，由式(5.1-8)：（1）t=0，（2）t=1，（3）t=4，从例5.1和例5.2看到，非平衡载流子浓度随时间的增加迅速下降，复合率也越来越小。15非

8、平衡载流子寿命推导在t～t+dt时间内复合掉的载流子数应当与t时刻的非平衡载流子浓度和时间间隔成正比，即等于，为比例系数。利用式(5.1-9)，写做假设这些载流子存活时间是t，则