非平衡載流子ppt課件(已修改)
2025-05-16 18:03 本頁面
【正文】 第 5章 非平衡載流子 非平衡載流子的注入與復(fù)合 非平衡載流子的壽命 準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí) 復(fù)合理論 陷阱效應(yīng) 載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng) 載流子的漂移擴(kuò)散，愛因斯坦關(guān)系式 連續(xù)性方程式 * 硅的少數(shù)載流子壽命與擴(kuò)散長(zhǎng)度 非平衡載流子的注入與復(fù)合 1 ? 非平衡載流子的產(chǎn)生 ? 平衡載流子濃度 在熱平衡狀態(tài)下的載流子濃度 n0, p0 ? 外界作用（光、電、高能粒子幅度輻射、熱注入等）使半導(dǎo)體中載流子的分布偏離了平衡態(tài)分布，稱這些偏離平衡分布的載流子為 過剩載流子 ，也稱為 非平衡載流子 只受溫度 T影響 非簡(jiǎn)并半導(dǎo)體處于 熱平衡狀態(tài) 的判據(jù)式 平衡時(shí)載流子濃度 過剩載流子濃度 公式 np=ni2 不成立 非平衡載流子的光注入 ? 小注入條件：注入的非平衡載流子濃度比平衡時(shí)的多數(shù)載流子濃度小的多 ? 大注入 Δn（或 Δp） (n0+p0) 非平衡載流子的注入與復(fù)合 2 小注入 n 型 p0 Δn n0 p 型 n0 Δp p0 非平衡載流子的注入與復(fù)合 3 ? 小注入的例子 例： n型半導(dǎo)體硅，摻雜濃度 注： （ 1）在小注入的情況下，非平衡少數(shù)載流子濃度 可以比平衡少數(shù)載流子濃度大得多 （ 2） 非平衡少數(shù)載流子起重要作用 ，非平衡載流子都指非平衡少數(shù)載流子 假定 非平衡載流子的注入與復(fù)合 4 ? 附加光電導(dǎo)現(xiàn)象 附加光電導(dǎo) 間接檢驗(yàn)非平衡少子的注入 光脈沖0?t半導(dǎo)體 LR0 t示波器 非平衡載流子的注入與復(fù)合 5 ? 非平衡載流子的復(fù)合 問題 ：外界注入撤消后，非平衡載流子怎么變化？ —— 復(fù)合 光電導(dǎo)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象： 光照停止后， ΔV很快 → 0 ，則 Δp → 0 外部作用撤銷后： 激發(fā)到導(dǎo)帶的電子又回到價(jià)帶，電子和空穴成對(duì)消失； 非平衡態(tài)恢復(fù)到平衡態(tài)，過剩載流子消失 ——非平衡載流子的復(fù)合 ； 熱平衡狀態(tài)下，產(chǎn)生和復(fù)合處于相對(duì)平衡 外部作用開始：產(chǎn)生 復(fù)合 外部作用停止：產(chǎn)生 復(fù)合，之后產(chǎn)生 =復(fù)合 EC EV 電子 空穴 產(chǎn)生 復(fù)合 ? 非平衡載流子的衰減規(guī)律 令 則 非平衡載流子的壽命 1 P——非平衡載流子的復(fù)合幾率 （單位時(shí)間內(nèi)非平衡載流子被復(fù)合掉的幾率）（小注入條件下， P為常數(shù) ） Δp(t) ——在 t時(shí)刻非平衡載流子的濃度 ， 則單位時(shí)間內(nèi)非平衡載流子濃度的減少為： 假定光注入 n型半導(dǎo)體后停止時(shí)刻 t= 0 時(shí) ? 復(fù)合率 ，即單位時(shí)間單位體積內(nèi)非平衡載流子濃度的減少，為 ： 非平衡載流子的壽命 2 ? 非平衡載流子的壽命 ，即非平衡載流子的 平均生存時(shí)間 為 非平衡少數(shù)載流子的影響處于主導(dǎo)、決定地位 ——τ即為非平衡 少數(shù)載流子 壽命 當(dāng) t= τ 時(shí)， ，故 壽命標(biāo)志著非平衡載流子濃度減小到原值的 1/e所經(jīng)歷的時(shí)間 ；壽命越短，衰減越快 0( ) ( ) /p p e?? ? ? τ: 高純 Si ≥103μs；高純 Ge≥104μs；高純 GaAs≤108~109s 非平衡載流子的壽命 3 光強(qiáng)恒定，非平衡載流子隨時(shí)間的變化？ ? 產(chǎn)生率 (g): 即單位時(shí)間單位體積產(chǎn)生的電子空穴對(duì)數(shù) 復(fù)合率 : 假定 t=0時(shí)刻，開始注入光，則有 用強(qiáng)光照射 n 型樣品，假定光被均勻的吸收，產(chǎn)生過剩載流子， 產(chǎn)生率為 g p ，空穴壽命為 τ 。 ① 寫出光照下過剩載流子滿足的方程； ② 求出光照達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)過剩載流子的濃度 練習(xí) 課后習(xí)題 2 解 ： 第五章 非平衡載流子 ① 過剩載流子滿足的方程 ② 達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，過剩載流子濃度不隨時(shí)間變化，因此 所以 即 有一塊 n型 Si樣品， 壽命是 1us，無光照的電阻率是 10Ω?cm 。今用光照射 該樣品 ，光被半導(dǎo)體均勻吸收，電子 空穴的產(chǎn)生率是1022cm3/s 。 已知 n型 Si電阻率 =10Ω?cm時(shí)， ND=7 1014cm?3； 電子和空穴遷移率分別為 1350cm2/VS 和 500cm2/VS。 試計(jì)算 ① 光照下樣品的電阻率 ② 并求電導(dǎo)中少數(shù)載流子的貢獻(xiàn)占多少比例？ 練習(xí) 課后習(xí)題 3 解 ： 第五章 非平衡載流子 ① 依題意，光照產(chǎn)生率 gp=1022cm3/s 假定室溫時(shí)雜質(zhì)全部電離，則 n=ND=7 1014cm?3 ② 少子對(duì)電導(dǎo)貢獻(xiàn) 則平衡時(shí)， 所以 準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí) 1 ? 準(zhǔn)平衡 具有統(tǒng)一的 EF—— 熱平衡的標(biāo)志 ? 非平衡： 沒有統(tǒng)一的 EF EF在各處的不一樣 —— 使系統(tǒng)具有從非平衡向平衡轉(zhuǎn)變的動(dòng)力 ? 熱平衡 200 in p n? 準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí) 2 ? 非平衡的含義 ——指數(shù)量上的非平衡，而在能量分布上還是平衡的 （嚴(yán)格地說， 準(zhǔn)平衡 ）。 完成準(zhǔn)平衡分
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