《非平衡载流子》ppt课件

《《非平衡载流子》ppt课件》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、非平衡载流子非平衡载流子的注入与复合非平衡载流子的寿命准费米能级复合理论载流子的扩散运动半导体的热平衡状态:半导体不受除温度以外的外界条件作用的状态，载流子浓度是一定的，n0·p0=Nc·Nve（-Eg/k0T）=ni2(5-1)平衡载流子:处于热平衡状态下的载流子。平衡载流子浓度:处于热平衡状态下的载流子浓度。非平衡状态:半导体受到外界条件作用，处于偏离热平衡的状态。非平衡载流子:半导体处于非平衡状态时比平衡状态多出来的这部分载流子。非平衡载流子浓度:比平衡状态多出来的载流子的浓度.非平衡自由电子:Δn非平衡自由空穴:Δp1、非平衡载流子的注入与复合非平衡多数载流子：与半导体多数

2、载流子类型相同的非平衡载流子。n型：非平衡电子Δn。P型：非平衡空穴Δp。非平衡少数载流子：与半导体少数载流子类型相同的非平衡载流子。n型：非平衡电子Δp。P型：非平衡空穴Δn。电阻率为1Ω·cm的n型Si中，σ=nqμnp0=ni2/n0n0≈5.5×1015cm-3;p0≈3.1×104cm-3;Δn=Δp=1010cm-3，Δn《n0;Δp是p0的106倍，Δp》p0。非平衡少数载流子起重要作用附加电导率：Δσ=Δnqμn+Δpqμp（5-3）1、非平衡载流子的注入与复合非平衡载流子的测量：附加电导率：Δσ=Δnqμn+Δpqμp（5-3）可通过测量电导率，电压降的方法检测非

3、平衡载流子注入。平衡载流子的注入（产生）：光照、电场、磁场。非平衡载流子的复合产生非平衡载流子的外部作用撤除后，半导体由非平衡状态回复到平衡状态，非平衡载流子逐渐消失的过程。1、非平衡载流子的注入与复合非平衡载流子的寿命τ：非平衡载流子的平均生存时间。τ：非平衡载流子的复合几率的倒数。复合几率：1/τΔp（t）=（Δp）0e-t/τ（5-6）非平衡载流子浓度随时间按指数衰减。取t=τ；得到，Δp（τ）=（Δp）0/e非平衡载流子寿命指非平衡载流子浓度减少到原值的1/e所需的时间。寿命长，衰减慢，寿命短，衰减快。不同材料的非平衡载流子寿命不同。完整的Ge：104μs；Si：103μs

4、；GaAs：10-8-10-9s。非平衡载流子的寿命测量：直流光电导衰减法、高频光光电导衰减法。2、非平衡载流子的寿命热平衡状态下：半导体具有统一费米能级。n0=NC·exp[-（Ec-EF/k0T）]p0=Nv·exp[-（EF-Ev/k0T）]n0·p0=Nc·Nve（-Eg/k0T）非平衡状态下：半导体没有统一的费米能级，分裂为两个“准费米能级”。导带的准费米能级：电子准费米能级EnF；价带的准费米能级：空穴准费米能级EpF。导带的电子浓度：n=NC·e[-（Ec-EnF）/k0T]（5-9）价带空穴浓度：p=Nv·e[-（EpF-Ev）/k0T]（5-9）3、准费米能级非平

5、衡载流子越多，准费米能级偏离Ei就越远。对于n型，在小注入条件下：Δn《n0，有n＞n0，且n≈n0，EnF比EF更靠近导带，偏离小。Δp》p0，p》p0，EpF比EF更靠近价带，且偏离大。n·p=n0·p0exp（EnF-EpF/k0T）=Nc·Nve（-Eg/k0T）exp（EnF-EpF/k0T）（5-11）EnF与EpF偏离的大小直接反映了半导体偏离平衡状态的程度，偏离越大，说明不平衡情况越显著；偏离越小，越靠近平衡状态。3、准费米能级直接复合:自由电子在导带与价带直接跃迁而引起的非平衡载流子的复合。间接复合:非平衡载流子通过禁带中的能级(复合中心）进行的复合。复合中心：对

6、复合起促进作用的杂质和缺陷。载流子产生:吸收能量；载流子复合:释放能量能量释放方式有：1.发射光子:辐射复合,有发光现象。E=hv;λ=hc/E=1240/E(nm)2.发射声子：载流子将多余的能量传给晶格，加强晶格振动。3.将能量给予其它载流子，增加它们的动能，称为俄歇复合。4、复合理论产生率：单位时间，单位体积内产生的电子-空穴对数目。复合率：单位时间，单位体积内复合掉的电子-空穴对数目。非平衡载流子的寿命τ：非平衡载流子的平均生存时间。τ：非平衡载流子的复合几率的倒数。复合几率：1/τ复合率=Δn/τ或Δp/τ净复合=复合率-产生率稳定情况下：复合率=产生率=Δn/τ4、复合

7、理论（1）直接复合：电子从导带直接跃迁到价带的复合τ=1/r[（n0+p0）+Δp]（5-17）r：电子-空穴复合几率小注入情况下：Δp远小于（n0+p0），得：τ=1/r（n0+p0）对于n型半导体；τ=1/rn0对于p型半导体：τ=1/rp0寿命：复合几率；多数载流子浓度。本征Ge和Si，理论计算：Ge：r=6.5×10-14cm-3/s,τ=0.3s实际：104μsSi:r=10-11cm-3/s,τ=3.5s实际：103μs非平衡载流子寿命主要不是由直接复合决