半导体物理第5章-刘诺.pdf

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1、半导体物理SEMICONDUCTORPHYSICS编写：刘诺副教授独立制作：刘诺副教授电子科技大学微电子与固体电子学院UESTCNuoLiu第五章非平衡载流子CarrierconcentrationsinunequilibriumKEY：1、非平衡载流子的产生2、非平衡载流子的复合3、非平衡载流子的运动规律UESTCNuoLiuOUTLINE§5.1非平衡载流子的注入与复合§5.2非平衡载流子的寿命§5.3准费米能级§5.4复合理论§5.5陷阱效应§5.6载流子的扩散运动§5.7经典基本方程与爱因斯坦关系UESTCNuoLiu§5.1非平衡载流子的注入与复合KEY*⊿n和

2、⊿p如何产生、如何复合？；*⊿n和⊿p对电导率的影响UESTCNuoLiuUESTCNuoLiu一、非平衡载流子及其产生非平衡态：系统对平衡态的偏离。相应的：n=n0+⊿np=p0+⊿p且⊿n=⊿p(非平衡载流子的电中性条件)非平衡载流子：⊿n和⊿p（过剩载流子）注入：通过外场产生过剩载流子np>n2i抽取：通过外加电压使得载流子浓度减小np

3、5.510cm其平衡载流子浓度43p3.110cm0103如果np10cm则nn而pp00153nn0nn05.510cm103pppp10cm0结论小注入条件下非平衡少子p对平衡少子p的影响大0非平衡载流子非平衡少子UESTCNuoLiunnnn00pppp0UESTCNuoLiuAcaseoflow-levelexcess-carriergeneration二、产生过剩载流子的方法光注入电注入高能粒子辐照…UESTCNuoLiu注入的结果产生附加光电导nqpqn

4、pnnqppq0n0pn0qnp0qpnqnpqp0故附加光电导nqpqnpnqnpUESTCNuoLiu三、非平衡载流子的复合光照停止，即停止注入，系统从非平衡态回到平衡态，电子-空穴对逐渐消失的过程。即：△n=△p0非平衡载流子的复合是载流子复合超过载流子产生的一个净复合过程，是一个宏观现象。UESTCNuoLiuOUTLINE§5.1非平衡载流子的注入与复合§5.2非平衡载流子的寿命§5.3准费米能级§5.4复合理论§5.5陷阱效应§5.6载流子的扩散运动§5.7经典基本

5、方程与爱因斯坦关系UESTCNuoLiu§5.2非平衡载流子的寿命UESTCNuoLiu1、非平衡载流子的寿命寿命非平衡载流子的平均生存时间1单位时间内非平衡载流子的复合几率1单位时间内非平衡电子的复合几率n例如1单位时间内非平衡空穴的复合几率pUESTCNuoLiu1pU非平衡空穴的复合率pp1nU非平衡电子的复合率nndpt则在单位时间内非平衡载流子的减少数dtp而在单位时间内复合的非平衡载流子数pUESTCNuoLiu如果在t0时刻撤除光照,小注入下的复合过程是一个驰豫过程，

6、此复合过程满足dptp1dtp为常数tp解方程1得到ptp0e2tn同理也有UESTCNuoLiuntn0e3tpptp0et0ept光照撤除后，光电导的衰减UESTCNuoLiu2、寿命的意义对2式求导ptdptdt衰减过程中从t到tdt内复合掉的过剩空穴p因此p个过剩载流子的平均可生存时间为0tdpt0t3pdpt0同理tdntt04nd

7、nt0UESTCNuoLiu可见1ppep500e1nnen600e1就是pt衰减到p的所需的时间0eUESTCNuoLiu§5.3准费米能级半导体存在三个子系统：导带、价带、杂质能级平衡态的特征：具有统一的费米能级EFEcEFk0TnNe0cEFEvk0TpNe0vUESTCNuoLiu•系