非平衡載流子ppt課件-資料下載頁
2025-05-04 18:03本頁面
【正文】 －考慮漂移電流 熱平衡狀態(tài) 即 x Jn擴(kuò) Jn漂 自建電場 E自 載流子的漂移擴(kuò)散，愛因斯坦關(guān)系式 2 ? 愛因斯坦關(guān)系 內(nèi)部出現(xiàn)電場時，半導(dǎo)體中各處電勢不等，且是 x函數(shù) 考慮一 平衡 的 不均勻半導(dǎo)體 ，靜電勢 V(x) 將 n0(x) 代入，得 愛因斯坦關(guān)系 通常 μn μp → Dn Dp 電子與空穴的擴(kuò)散不同步， 電子快，空穴慢 表明了非簡并情況下載流子 遷移率 與 擴(kuò)散系數(shù) 之間的關(guān)系 實(shí)驗(yàn)證明，愛因斯坦關(guān)系 適合于非平衡載流子 n 載流子的漂移擴(kuò)散，愛因斯坦關(guān)系式 3 即為半導(dǎo)體中 同時存在擴(kuò)散運(yùn)動和漂移運(yùn)動時 的 電流密度方程式 )()( dxdnqkTndxdpqkTp nEqpEqJ ???? 自自 ??對 非均勻半導(dǎo)體 ，非平衡載流子濃度也隨 x變化，擴(kuò)散電流由載流子 總濃度梯度 dn/dx, dp/dx決定，則： 自漂 EqxpJ pp ?)(0?dxxdpqDJpp)( 0?擴(kuò)同理 )()( 00 dxdnqkTndxdpqkTpnp nEqpEqJJJ ?????? 自自 ??半導(dǎo)體中 總電流密度 為 室溫下， p 型鍺半導(dǎo)體的電子的壽命 τ n = 350μ s ， 電子的遷移率 μ n = 3600cm/，試求電子的擴(kuò)散長度。 練習(xí) 課后習(xí)題 13 解 ： 第五章 非平衡載流子 所以，室溫下，有 根據(jù)愛因斯坦關(guān)系 得 則電子的擴(kuò)散長度為 一塊電阻率為 3Ωcm 的 n 型硅樣品 （對應(yīng)空穴遷移率 up=500cm2/) ，空穴壽命 τp = 5μs ，在其平面形的表面處有 穩(wěn)定的空穴 注入，過剩空穴濃度(Δp) 0 = 10 13 cm ? 3 ，計算從這個表面擴(kuò)散進(jìn)入半導(dǎo)體內(nèi)部的 空穴電流密度 ，以及在離表面多遠(yuǎn)處 過?？昭舛?等于 1012cm3？ 假定樣品足夠厚。 練習(xí) 課后習(xí)題 16 第五章 非平衡載流子 解 ： 依題意，非平衡少子（空穴）滿足 樣品足夠厚的一維擴(kuò)散方程的穩(wěn)態(tài)解 ，有 其中，擴(kuò)散長度 又，根據(jù)愛因斯坦關(guān)系 可得 所以 則 在離表面多遠(yuǎn)處 過剩空穴濃度 等于 1012cm3？ 連續(xù)性方程式 1 ? 連續(xù)性方程 ——擴(kuò)散、漂移、復(fù)合與產(chǎn)生同時存在時， 少數(shù)載流子 所遵守的運(yùn)動方程。 ? 一維， n 型，外電場 E 少子空穴濃度是位置 x的函數(shù)，且隨時間 t變化 少子 p(x,t) ? 單位體積內(nèi)空穴隨時間的變化率為 單位時間單位體積內(nèi)空穴變化量 連續(xù)性方程式 2 ? 連續(xù)性方程的特例情況 ? 光激發(fā)的載流子衰減 （ t = 0 時撤去光照） 均勻摻雜薄樣品 光照在均勻半導(dǎo)體內(nèi)部 均勻 產(chǎn)生非平衡載流子 ， 無外場 且 gp=0 非平衡載流子隨時間指數(shù)衰減 連續(xù)性方程式 3 ? 瞬時光脈沖 均勻 n型半導(dǎo)體、 局部脈沖光照 產(chǎn)生非平衡載流子 ， 無外場 且 gp=0 （ t = 0 時撤去脈沖光） 注入的空穴由注入點(diǎn)向兩邊擴(kuò)散，同時不斷發(fā)生復(fù)合，其峰值隨時間下降 ——載流子總數(shù)隨時間減少 連續(xù)性方程式 4 ? 瞬時電脈沖 均勻 n型半導(dǎo)體、局部 電脈沖 產(chǎn)生非平衡載流子 ， 有外場 但 gp=0 （ t = 0 時撤去脈沖） 非平衡載流子“包”以漂移速度 upE向樣品一端運(yùn)動；同時，向外擴(kuò)散并進(jìn)行復(fù)合 連續(xù)性方程式 5 ? 光照恒定 均勻電場 穩(wěn)態(tài) 且 為 空穴 牽引長度 只能是衰減解，正根舍去 通解 連續(xù)性方程式 6 為空穴牽引長度 當(dāng) E 很大時， ——強(qiáng)場，擴(kuò)散運(yùn)動可以忽略時，表面注入的非平衡載流子深入樣品的平均距離為 Lp(E)，而非 Lp 當(dāng) E 很小時， ——擴(kuò)散運(yùn)動的衰減規(guī)律 連續(xù)性方程式 7 ? 穩(wěn)態(tài)下的表面復(fù)合 當(dāng) sp → 0 ， p(x) → p0+gpτp 空穴均勻分布 當(dāng) sp → ∞ ， p(0) → p0 表面空穴接近平衡值 邊界條件 解為 均勻 n型半導(dǎo)體、穩(wěn)定光照均勻 產(chǎn)生 非平衡載流子 ， 無外場 sp—表面復(fù)合速度 光照一個 1Ω?cm 的 n 型硅樣品 （對應(yīng)空穴遷移率 up=400cm2/)，均勻產(chǎn)生非平衡載流子，電子 空穴對的產(chǎn)生率為 1017 / cm3 ? s 。設(shè)樣品的壽命為 10us ，表面復(fù)合速度為 100cm / s 。試計算： （ 1） 單位時間單位表面積在表面復(fù)合的空穴數(shù)； （ 2） 單位時間單位表面積在離表面三個擴(kuò)散長度中體內(nèi)復(fù)合掉的空穴數(shù)。 作業(yè) 課后習(xí)題 17 第五章 非平衡載流子 連續(xù)性方程式 8 ? 連續(xù)性方程的一般情形 連續(xù)性方程式 9 連續(xù)性方程式 10 ? 小結(jié) 俄歇復(fù)合 連續(xù)性方程
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