半导体物理北交经典课件考研必备-第五章.ppt

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1、第五章非平衡载流子§5.1非平衡载流子的产生和寿命一、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子一般都用n，p来表示。达到动态平衡后：n=n0+np=p0+pn0，p0为热平衡时电子浓度和空穴浓度，n，p为非子浓度。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

2、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>

3、>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：光注入引起附加光电导光照R半导体三、非平衡载流子的检测与寿命1．非平衡载流子的检测设外接电阻R>>r(样品的电阻)外无光照时：有光照后：2．非平衡载流子随时间的变化规律(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(2)取消光照在t=0时，取消照，复合>产生。△Vrt0非平衡载流子在半导体中的生存时间称为非子寿命。↓有净复合3．非子的

4、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§5.2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－－导带准费米能

5、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§5.3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：•°

6、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

7、Rd=rdn0p0—热平衡rd为直接复合的复合系数非平衡态下的产生率EcEvEt•(一)(二)电子由Ec→Et••(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（可做为复合中心）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)

8、甲丁丙乙3．间接复合的复合率ui和寿命i当复合达到稳态时un=up甲乙un电子的净复合率热平衡时上式为通过复合中心复合的普遍理论公式非平衡态时当nt很小时，近似地认为(1)小注入的N型材料为深能级，接近EiEcEvEFEt同样n0>>p1N型材料的非子的间接复合寿命决定于空穴的寿命N型材料中,对寿命起决定作用的是复合中心对少子空穴的俘获系数rp(2)小注入的p型材料EcEvEFEt非子的寿命决定于电子的寿命小注入时非子的寿命决定于少子的寿命。(3)大注入4．有效复合中心若：当时，