最新5非平衡载流子的产生与复合课件PPT.ppt

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1、5非平衡载流子的产生与复合5.1非平衡载流子的产生与复合5.1.1非平衡载流子的产生低水平注入（小注入）从表5.1可以看出，虽然多子电子浓度的变化是可以忽略的，但少子空穴的浓度却增加了几个数量级。非平衡载流子在数量上对多子和少子的影响具有很大的差别。高水平注入（大注入）5.1.2非平衡载流子的复合非平衡载流子是在外界作用下产生的，它们的存在相应于非平衡情况。当外界作用撤除以后，由于半导体的内部作用，非平衡载流子将逐渐消失，也就是导带中的非平衡电子落入到价带的空状态中，使电子和空穴成对消失，这个过程称为非平衡载流子的复合。通常把单位时

2、间、单位体积内产生的载流子数称为载流子的产生率，而把单位时间、单位体积内复合的载流子数称为载流子的复合率。热平衡情况在热平衡情况下，由于半导体的内部作用，产生率和复合率相等，产生与复合之间达到相对平衡，使载流子浓度维持一定。非平衡情况当有外界作用时(例如光照)，产生与复合之间的相对平衡被破坏，产生率将大于复合率，使半导体中载流子的数目增多，即产生非平衡载流子。随着非平衡载流子数目的增多，复合率将增大，当产生和复合这两个过程的速率相等时，非平衡载流子数目不再增加，达到稳定值。在外界作用撤除以后，复合率超过产生率，结果使非平衡载流子逐渐

3、减少，最后恢复到热平衡情况。非平衡载流子的寿命非平衡载流子寿命推导测量光电导的方法确定非平衡载流子的寿命5.2直接复合教学要求1．掌握概念：直接复合、间接复合、直接辐射复合(带间辐射复合)、复合中心、非辐射复合。2．用能带图表示出直接复合过程中的载流子跃迁过程。非平衡载流子复合分类非平衡载流子复合可能发生在半导体内部，也可能发生在半导体表面。前者称为体内复合，后者称为表面复合。非平衡载流子的体内复合过程，就电子和空穴所经历的状态来说，可以分为直接复合和间接复合两种类型。直接复合在直接复合过程中，电子由导带直接跃迁到价带的空状态，使电

4、子和空穴成对消失。直接复合也称为带间复合。如果直接复合过程中同时发射光子，则称为直接辐射复合或带间辐射复合。直接复合复合率在直接复合过程中，单位时间、单位体积半导体中复合掉的电子-空穴对数，即复合率R应当与电子浓度n和空穴浓度p成正比。引入比例系数，则(5.2-1)r称为概率系数或复合系数。在一定温度下，有完全确定的值，与电子和空穴的浓度无关。产生率直接复合过程的逆过程是电子-空穴对的产生过程。它是价带电子激发到导带中的空状态的过程。单位时间、单位体积半导体中产生的电子-空穴对数叫做产生率。非简并情况下的产生率净复合率、非平衡载流子

5、寿命非平衡载流子寿命分类讨论非平衡载流子寿命分类讨论5.3通过复合中心的复合教学要求1．说明通过复合中心复合的物理机制。2．了解通过复合中心复合的四种过程。3．熟悉肖克莱-瑞德公式(5.3-27)。4．熟悉寿命公式(5.3-31)。5．了解金在硅中的复合作用及掺金的实际意义。间接复合原理间接复合过程中最主要的是通过复合中心的复合。所谓复合中心指的是晶体中的一些杂质或缺陷，它们在禁带中引入离导带底和价带顶都比较远的局域化能级，即复合中心能级。在间接复合过程中，电子跃迁到复合中心能级，然后再跃迁到价带的空状态，使电子和空穴成对消失。换一

6、种说法是，复合中心从导带俘获一个电子，再从价带俘获一个空穴，完成电子-空穴对的复合。电子-空穴对的产生过程也是通过复合中心分两步完成的。5.3.1载流子通过复合中心的产生和复合过程通过复合中心的复合和产生有四种过程电子被复合中心俘获的过程；电子的产生过程，它表示复合中心上的电子激发到导带的空状态；空穴被复合中心俘获的过程；空穴的产生过程，它表示复合中心上的空穴跃迁到价带或者说价带电子跃迁到复合中心的空状态。（a）电子的俘获过程（b）电子的产生过程（b）电子的产生过程（b）电子的产生过程（c）空穴的俘获过程（d）空穴的产生过程（d）空

7、穴的产生过程（d）空穴的产生过程5.3.2净复合率式(5.3-1)和式(5.3-8)分别代表电子在导带和复合中心能级之间跃迁引起的俘获和产生过程，从中可以得出电子的净俘获率(5.3-16)过程c和d可以看成是空穴在价带和复合中心能级的跃迁所引起的俘获和产生过程。于是空穴的净俘获率为(5.3-17)5.3.2净复合率5.3.2净复合率(5.3-23)式(5.3-23)就是通过复合中心复合的净复合率公式。5.3.3小信号寿命公式—肖克利-瑞德公式复合中心能级位置对寿命的影响复合中心能级位置对寿命的影响费米能级位置对寿命的影响5.3.4金

8、在硅中的复合作用5.3.4金在硅中的复合作用5.3.4金在硅中的复合作用5.4表面复合和表面复合速度教学要求1．根据式(5.4-1)理解表面复合及表面复合速度的物理意义。2．了解表面扩散电流是怎样产生的。为什么表面净电流为零？表面缺陷