东南大学考研半导体物理基础(5)

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1、5.1noneguilibriumcarriersG-R（非平衡载流子的产生与复合）Chapter5NoneguilibriumCarriers(非平衡载流子)产生率GGenerationrate：单位时间和单位体积内所产生的电子-空穴对数复合率RRecombinationrate：单位时间和单位体积内复合掉的电子-空穴对数如果在外界作用下，平衡条件破坏，偏离了热平衡的状态--非平衡状态。外界作用光照射半导体表面对p-n结施加偏压光注入电注入外界作用使半导体中产生非平衡载流子的过程叫非平衡载流子的注入（injection）。外部条件拆除后，非平衡载流子逐渐消失，这一过程称为非平衡载流子

2、的复合。光照引起的附加光电导：通过附加电导率测量可计算非平衡载流子。excesscarries(过剩载流子)n型半导体：Δn=Δp《n0，p型半导体Δn=Δp《p0n型半导体：n—Majoritycarriers（多数载流子）Δn—非平衡多数载流子；p—Minoritycarriers（少数载流子），Δp—非平衡少数载流子。非平衡少数载流子在器件中起着极其重要的作用。小注入热平衡时：导带电子增加，意味着EF更靠近EC。外界作用价带空穴增加，意味着EF更靠近EV。5.2.非平衡载流子浓度的表达式引入准费米能级：非平衡态时，5.3.非平衡载流子的衰减寿命若外界条件撤除（如光照停止），经过一

3、段时间后，系统才会恢复到原来的热平衡状态。有的非子生存时间长、有的短。非子的平均生存时间——非子的寿命τ。光照刚停止，复合>产生n、p复合复合=产生（恢复热平衡）单位时间内非子被复合掉的可能性复合几率单位时间、单位体积净复合消失的电子-空穴对（非子）复合率在小注入时，τ与ΔP无关，则设t=0时，ΔP(t)=ΔP(0)=(ΔP)0,那么C=(ΔP)0，于是非平衡载流子的寿命主要与复合有关。t=0时，光照停止，非子浓度的减少率为5.4.非平衡载流子的复合机制复合直接复合(directrecombination):导带电子与价带空穴直接复合.间接复合(indirectrecombinatio

4、n):通过位于禁带中的杂质或缺陷能级的中间过渡。表面复合(surfacerecombination)：在半导体表面发生的复合过程。将能量给予其它载流子,增加它们的动能量。从释放能量的方法分:Radiativerecombination(辐射复合)Non-radiativerecombination(非辐射复合)Augerrecombination(俄歇复合)1.direct/band-to-bandrecombination（直接复合）非平衡载流子的直接净复合净复合率=复合率-产生率U=R-GGR代入非平衡载流子寿命：小注入：n型材料：2间接复合(indirectrecombinati

5、on)半导体中的杂质和缺陷在禁带中形成一定的能级，它们有促进复合的作用。这些杂质和缺陷称为复合中心。nt：复合中心能级上的电子浓度Nt：复合中心浓度pt：复合中心能级上的空穴浓度*俘获电子Electroncapture*发射电子Electronemission*俘获空穴Holecapture*发射空穴Holeemission电子俘获(capture)率：空穴俘获率：电子产生(emission)率：空穴产生率：电子的净俘获率：Un=俘获电子-发射电子=热平衡时：空穴的净俘获率：Up=俘获空穴-发射空穴=--==EF与Et重合时导带的平衡电子浓度。同理，得空穴俘获率=空穴产生率其中表示EF

6、与Et重合时价带的平衡空穴浓度。=复合中心达到稳定时：俘获电子-发射电子=俘获空穴-发射空穴-=-和又净复合率：U=俘获电子-发射电子=通过复合中心复合的普遍公式-注意到：非平衡载流子的寿命为小注入条件下分析讨论:(设Et>Ei)(1)强n型(2)弱n型(3)弱p型(4)强p型若Et靠近EC：俘获电子的能力增强不利于复合Et处禁带中央，复合率最大。Et=Ei最有效的复合中心俘获空穴的能力减弱大注入3其它复合半导体表面状态对非平衡载流子也有很大影响，表面处的杂质和表面特有的缺陷也在禁带形成复合中心。（1）表面复合表面氧化层、水汽、杂质的污染、表面缺陷或损伤。s为表面复合速度。表面复合的意

7、义：任何半导体器件总有它的表面，较高的表面复合速度，会使更多的注入的载流子在表面复合消失，以致严重的影响器件的性能。因此，在大多数器件生产中，总是希望获得良好而稳定的表面，以尽量降低表面复合速度，从而改善器件的性能。另一方面，在某些物理测量中，为了消除金属探针注入效应的影响，要设法增大表面复合，以获得较为准确的测量结果。（2）俄歇复合载流子从高能级向低能级跃迁，发生电子-空穴复合时，把多余的能量传给另一个载流子，使这个载流子被激发到能量更高的能