半導(dǎo)體物理第六章ppt課件(參考版)
2025-05-09 12:48本頁面
【正文】 N型半導(dǎo)體材料 P型半導(dǎo)體材料 描述過剩載流子運動的三個方程： 連續(xù)性方程 擴散方程 小注入條件下的雙極輸運方程（掌握） （小注入條件下，雙極擴散系數(shù)和雙極遷移率分別簡化為少數(shù)載流子的擴散系數(shù)和遷移率） 介電馳豫時間常數(shù)的概念； 電子和空穴的準(zhǔn)費米能級； 表面態(tài)的概念 ； 本章練習(xí)題 謝 謝 。 sBp o p o spp ????? 本章小結(jié)： 掌握過剩載流子的產(chǎn)生與復(fù)合的概念、壽命的概念。 同樣可以得出表面處過剩載流子的復(fù)合率為： 其中 δ pS為表面處過剩少數(shù)載流子空穴的濃度， η p0S為表面處過剩少數(shù)載流子空穴的壽命。 禁帶中表面態(tài)的分布 SRH復(fù)合理論表明，過剩少數(shù)載流子的壽命反比于復(fù)合中心的密度，由于表面復(fù)合中心的密度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于體內(nèi)復(fù)合中心的密度，因此表面過剩少數(shù)載流子的壽命要遠(yuǎn)遠(yuǎn) 低于 體內(nèi)過剩少數(shù)載流子的壽命。 表面態(tài)位于禁帶中，呈現(xiàn)為分立的能級，起到復(fù)合中心的作用。 表面效應(yīng) 在實際的半導(dǎo)體器件中，半導(dǎo)體材料不可能是無窮大的，總有一定的邊界，因此表面效應(yīng)對半導(dǎo)體器件的特性具有非常重要的影響。 少子空穴的濃度由于發(fā)生了很大的變化，因此空穴的準(zhǔn)費米能級也發(fā)生了很大的改變。 例： T=300K,N型半導(dǎo)體材料，載流子濃度為 n0=1E15cm3， p0=1E5cm3， 本征載流子濃度為 ni=1E10cm3，在非平衡 狀態(tài)，所產(chǎn)生的過剩電子和過?？昭ǖ臐舛确謩e為 δ n=δ p=1E13cm3，試計算準(zhǔn)費米能級。 當(dāng)有 過剩載流子存在 時，半導(dǎo)體材料就不再處于熱平 衡狀態(tài)，此時費米能級就失去意義。 準(zhǔn)費米能級 在熱平衡條件下，電子和空穴的濃度是費米能級位置的函數(shù)，即： 其中 EF和 EFi分別是費米能級和本征費米能級。 達(dá)到電中性所需時間非常短（數(shù)量級 1012s) 。 例 假設(shè) n型硅半導(dǎo)體的施主雜質(zhì)濃度為 Nd=1016cm3, 試計算該半導(dǎo)體的介電弛豫時間常數(shù)。 電流的連續(xù)性方程 ，忽略產(chǎn)生和復(fù)合之后，即： 參數(shù) ρ 為凈電荷密度，其初始值為 e(δ p)。 泊松方程： 式中， ε 為半導(dǎo)體材料的介電常數(shù)。 現(xiàn)在設(shè)想這樣一種情形，一塊均勻摻雜的 n型半導(dǎo)體材料，在其一側(cè)的表面區(qū)域突然注入了均勻濃度 δ p的空穴，此時這部分過?？昭ň筒粫邢鄳?yīng)的過剩電子與之抵消，現(xiàn)在的問題是 電中性狀態(tài)如何實現(xiàn)？ 需要多長時間才能實現(xiàn)？ 電中性的條件： ρ =0 目的：求電荷密度的分布。注意此時過剩多數(shù)載流子電子的濃度在空間不同位置處也有類似的分布情 況，即少數(shù)載流子對多數(shù)載流子的漂移具有牽引作用。當(dāng) 時間趨于無窮大時， 過剩電子和過?？昭? 的濃度由于不斷復(fù)合 而趨于零。=0）為： 當(dāng)外加電場為零時，隨著時間的不斷 推移，過剩少數(shù)載流 子空穴的濃度在空間 不同位置處的分布情 況。計算過剩載流子濃度隨 x和 t變化的函數(shù)。=0 。由上式可 見，當(dāng) x=0處有穩(wěn)態(tài)產(chǎn)生時，其兩側(cè)的過剩電子濃度隨著空間位置的變化呈現(xiàn)指數(shù)衰減分布，按照電中性原理的要求，過剩空穴濃度隨著空間位置的變化也呈現(xiàn)出同樣的指數(shù)衰減分布，如下圖所示。試將穩(wěn)態(tài)過剩載流子濃度表示為 x的函數(shù)。假設(shè)對于一維晶體，過剩載流子只在 x=0處產(chǎn)生，如圖 。試計算小注入狀態(tài)下，過剩載流子濃度的時間函數(shù)。 解：對于均勻摻雜的 n型半導(dǎo)體材料，少數(shù)載流子空穴的雙極輸運方程為： 過剩載流子濃度隨著時間的指數(shù)衰減過程示意圖 例 無限大的均勻 n型半導(dǎo)體，無外加電場。=0。 例 無限大的均勻 n型半導(dǎo)體，無外加電場。 根據(jù)電中性原理，過剩少數(shù)載流子濃度與過剩多數(shù)載流子濃度相等，因此 過剩多數(shù)載流子與過剩少數(shù)載流子一起進(jìn)行擴散和漂移 ，即過剩多數(shù)載流子的行為完全由少數(shù)載流子的參數(shù)決定。 小結(jié)： 雙極輸運方程中的參數(shù)都是 少數(shù)載流子 的參數(shù)。 過剩電子的產(chǎn)生率和過?？昭ǖ漠a(chǎn)生率相等，可以將其定義為過剩載流子的產(chǎn)生率，即： 式中 δ n是過剩少數(shù)載流子電子的濃度，而 η n0則是小注入條件下少數(shù)載流子電子的壽命。 對于 電子 ，則有： 對于 空穴
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