半导体物理第5章_图文(精).doc

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1、.word可编辑.半导体物理SEMICONDUCTORPHYSICS编写：刘诺独立制作：刘诺电子科技大学微电子与固体电子学院微电子科学与工程系刘诺第五篇非平衡载流子§5.1非平衡载流子的注入与复合一、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：⊿n和⊿p（过剩载流子）刘诺当非平衡载流子的浓度△n和△p《多子浓度时，这就是小注入条件。结论⇒小注入条件下非平衡少子∆p对平衡少子p0的影响大非平衡载流子⇐非平衡少子刘诺二、产生过剩载流子的方法光注入电注入高能粒子辐照…刘诺注入的结果产生附加光电导σ=nqµn+pqµp=(n

2、0qµn+p0qµp+(∆nqµn+∆pqµp=(n0+∆nqµn+(p0+∆pqµp=σ0+∆σ故附加光电导∆σ0=∆nqµn+∆pqµp=∆nq(µn+µp刘诺三、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刘诺§5.2非平衡载流子的寿命1、非平衡载流子的寿命寿命τ⇐非平衡载流子的平均生存时间1τ⇐单位时间内非平衡载流子的复合几率⎧1⎯→⎪τ⎯单位时间内非平衡电子的复合几率⎪n⎨1⎪⎯单位时间内非平衡空穴的复合几率⎯→⎪τp刘诺⎩例如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

3、衡载流子数=τp如果在t=0时刻撤除光照在小注入条件下，τ为常数.解方程(1得到则d[∆p(t]∆p−=⎯(1⎯→dtτp−t∆p(t=∆p(0e−tτp⎯(2⎯→同理也有∆n(t=∆n(0e刘诺τn⎯(3⎯→对(2式求导2、寿命的意义∆p(td[∆p(t]=−τp∞dt⇒衰减过程中从t到t+dt内复合掉的过剩空穴因此⇐(∆p0.专业.专注..word可编辑.个过剩载流子的平均可生存时间为∫td[∆p(t]=τt=∫d[∆p(t]−0∞0p⎯(3同理⎯→∫td[∆n(t]=τt=∫d[∆n(t]∞−0∞0n⎯(4⎯→τ−⎧1τ⎯→⎪∆p(τ=(∆p0e=(∆p0⎯(5⎪e可见⎨τ−⎪

4、∆n(τ=(∆neτ=1(∆n⎯(600⎯→⎪e⎩1⇒τ就是∆p(t衰减到(∆p0的所需的时间刘诺e§5.3准费米能级非平衡态的电子与空穴各自处于热平衡态准平衡态，但具有相同的晶格温度：1⎧⎯⎯→(1E−E⎪fn(E=⎪⎪1+ek0T⎨1⎪fp(E=⎯⎯→(2pEF−E⎪⎪1+ek0T⎩nEF⎯电子准费米能级⎯→p刘诺EF⎯空穴准费米能级⎯→nF刘诺§5.4复合理论（2）间接复合Ec1、载流子的复合形式：（1）直接复合刘诺Ev复合率R=rnp2、带间直接复合：（1）其中，r是电子空穴的复合几率，与n和p无关。（2）热平衡时：G0=R0=rn0p0=rni2假设复合中心浓度》多子浓度，

5、于是⊿n≈⊿p，则过剩载流子的净复合率Ud=R-G=r（np-n0p0≈r（n0+p0）+r（⊿p）2即Ud≈r（n0+p0）+r（⊿p）2（3）所以，过剩载流子的寿命：⎛1⎞1τ=⎜⎯→⎜U⎟⋅∆p=r[(n+p+∆p]⎯(4⎟刘诺00⎝d⎠(1讨论：在小信号情况时α∆n和∆p<>p0则τp≈(b对于强p型α(c对本征半导体p0>>n0则则rn01τn≈⎯(7⎯→rp0⎯(6⎯→(2大信号情况α则1τi≈⎯(8⎯→2rni∆n和∆p<

6、寿命相关⎯→npr⋅∆p刘诺.专业.专注..word可编辑.3、间接复合：通过杂质或缺陷能级Et而进行的复合。（1）俘获与发射：Nt：复合中心的浓度nt：复合中心能级Et上的电子浓度Nt-nt：未被电子占据的复合中心的浓度刘诺电子俘获电子发射空穴俘获空穴发射电子俘获率：电子产生率：空穴俘获率：空穴发射率：Rn=rnn（Nt-nt）Gn=s-ntrn：电子俘获系数s-：电子发射系数Rp=rppntGp=s+（Nt-nt）rp：空穴俘获系数s+：空穴激发系数刘诺在热平衡时⎧Rn0=Gn0⎯(1⎯→⎪⎨⎯→⎪Rp0=Gp0⎯(2⎩⎧s−=rnnl⎯(3⎯→⎪⇒⎨⎯→⎪s+=rppl⎯(4⎩

7、在非平衡时，复合中心对电子的净俘获率Un=Rn-Gn复合中心对空穴的净俘获率Up=Rp-Gp（7）（8）在稳态时：Un=Upnt=Ntnrn+plrp（9）⎯(10⎯→由此推得复合中心Et上的电子浓度rn(n+nl+rp(p+pl刘诺（2）非平衡载流子的净复合率UU=Rn-Gn=Rp-Gp（11）将(10式和n0⋅p0=ni代入上(11式2⇒U=rn(n+nl+rp(p+plNtrnrpnp−ni(2⎯(12⎯→可见：（1）在热平衡时，np=n0p0（2）