半導(dǎo)體物理第六章ppt課件-在線瀏覽
2025-06-23 12:48本頁面
【正文】 就會(huì)高出熱平衡時(shí)的濃度，即： n0和 p0分別是熱平衡狀態(tài)下電子和空穴的濃度； δ n和 δ p分別是過剩電子和過?？昭ǖ臐舛龋? 注意： δn和 δp— 過剩載流子濃度 n0、 p0— 熱平衡載流子濃度 n， p— 非平衡時(shí)導(dǎo)帶電子濃度和價(jià)帶空穴濃度 當(dāng)有過剩載流子產(chǎn)生時(shí)，外界的激發(fā)作用打破了熱平衡狀態(tài)，因此這時(shí)半導(dǎo)體材料不再處于熱平衡狀態(tài)。 過剩電子也會(huì)不斷地和過?？昭ㄏ鄰?fù)合。 如果撤掉外界作用，由于過剩載流子的復(fù)合作用，非熱平衡狀態(tài)會(huì)逐漸向熱平衡狀態(tài)恢復(fù)。 單位： 對(duì)（個(gè)） /cm3 當(dāng)半導(dǎo)體處于熱平衡狀態(tài)，則： n = n0 p = p0 此時(shí) ， 單位時(shí)間單位體積被復(fù)合掉的電子 、 空穴對(duì)數(shù) = αr n0 p0 產(chǎn)生率： G 定義： 單位時(shí)間、單位體積中產(chǎn)生的載流子 數(shù) 。 達(dá)到熱平衡時(shí)，產(chǎn)生率必須等于復(fù)合率： 200 irr npnRG ?? ???電子濃度的變化率 = 產(chǎn)生率－復(fù)合率 即 過剩電子和過?？昭偸浅蓪?duì)產(chǎn)生的，因此通稱其為過剩載流子，即： 利用上述關(guān)系，上面的方程可進(jìn)一步變換為： 求小注入條件下，上述方程的解。 大注入條件： 過剩載流子濃度接近或超過熱平衡時(shí)多數(shù)載流子濃度。 對(duì)小注入條件， τ n0 是一個(gè)常數(shù)；上式反映了過剩少數(shù)載流子電子的衰減過程。 多數(shù)載流子電子和少數(shù)載流子空穴的復(fù)合率也完全相等，即： 注意： η n0— P型半導(dǎo)體，過剩少數(shù)載流子電子的壽命 η p0 — N型半導(dǎo)體，過剩少數(shù)載流子空穴的壽命 小注入時(shí)，過剩少數(shù)載流子的壽命取決于材料和多子濃度。 （ 3）俄歇復(fù)合過程（三粒子過程）： 載流子從高能級(jí)向低能級(jí)躍遷，發(fā)生電子－空穴復(fù)合時(shí)，將多余的能量傳給另一載流子，使此載流子被激發(fā)到能量更高的能級(jí)上去，當(dāng)它重新躍遷回低能級(jí)時(shí)，多余的能量以聲子形式放出。 過剩載流子運(yùn)動(dòng)分析方法 過剩載流子的 產(chǎn)生率 和 復(fù)合率 無疑是非常重要的描述非平衡過剩載流子特性的參數(shù)，但是在有電場(chǎng)和濃度梯度存在的情況下，過剩載流子隨著時(shí)間和空間位置的變化規(guī)律也同樣重要。 這一節(jié)將詳細(xì)討論過剩載流子運(yùn)動(dòng)的分析方法。 空穴的流量： Fpx+，單位：個(gè) /cm2s，則有下式成立 ： 單位時(shí)間內(nèi)由于 x方向空穴流而導(dǎo)致微分體積元中空穴的凈增量為： 假如 Fpx+(x)Fpx+(x+dx)，則微分體積元中凈的空穴數(shù)量將隨著時(shí)間而不斷增加。 考慮空穴的產(chǎn)生和復(fù)合效應(yīng)之后，單位時(shí)間內(nèi)微分體積元中空穴的凈增量為： p ：空穴的濃度； p /τpt ：空穴的復(fù)合率； τpt：包含熱平衡載流子壽命和過剩載流子壽命。 類似地，得到一維條件下 電子連續(xù)性方程為： 式中： Fn為電子的流量。 則上述方程就變?yōu)椋? 對(duì)上述兩式求散度（此處即對(duì) x求導(dǎo)數(shù)），并代回到電子和空穴的連續(xù)性方程中，即可得到： 上述兩式就是 空穴和電子與時(shí)間相關(guān)的擴(kuò)散方程。 擴(kuò)散方程的物理意義： 與時(shí)間相關(guān)的擴(kuò)散方程描述過剩載流子濃度隨著時(shí)間和空間位置的變化規(guī)律。 雙極輸運(yùn) 在第 5章中，導(dǎo)出的電子電流密度方程和空穴電流密度方程中，引起漂移電流的電場(chǎng)指的是 外加的電場(chǎng) 。 但是，由于過剩電子和過?？昭ǘ际菐щ姷妮d流子，因此，其空間位置上的分離就會(huì)在這兩類載流子之間誘生出 內(nèi)建電場(chǎng) 。 考慮內(nèi)建電場(chǎng)之后，上一節(jié)中導(dǎo)出的電子和空穴與時(shí)間相關(guān)的擴(kuò)散方程中的電場(chǎng)則應(yīng)同時(shí)包含外加電場(chǎng)和內(nèi)建電場(chǎng)，即： Eapp：外加電場(chǎng)； Eint：內(nèi)建電場(chǎng)。 這種現(xiàn)象稱為 雙極擴(kuò)散或雙極輸運(yùn)過程。 擴(kuò)散方程中的 項(xiàng)不能忽略。 它描述了過剩電子濃度和過?？昭舛入S著時(shí)間和空間的變化規(guī)律，其中的兩個(gè)參數(shù)分別為： D39。分別稱為 雙極擴(kuò)散系數(shù) 和 雙極遷移率。 雙極輸運(yùn)方程是一個(gè) 非線性的微分方程。 根據(jù)前面的推導(dǎo)，雙極擴(kuò)散系數(shù) D180。 P型半導(dǎo)體材料： 假定 p0 n0 ， Dn、 Dp處于同一個(gè)數(shù)量級(jí)。 雙極擴(kuò)散系數(shù)可簡化為： 再將上述條件應(yīng)用于雙極遷移率的公式，同樣可以得到： 結(jié)論： 對(duì)于 P型半導(dǎo)體材料和小注入條件：
教學(xué)課件相關(guān)推薦
鄂ICP備17016276號(hào)-1