半导体物理基础(4)

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,5.1,noneguilibrium,carriers,G-R,（,非平衡载流子的产生与复合）,Chapter 5,Noneguilibrium,Carriers,(,非平衡载流子,),如果在,外界作用,下，平衡条件破坏，偏离了热平衡的状态,-,非平衡状态,。,外界作用,光,照射半导体表面,对,p-n,结施加,偏压,光注入,电注入,外界作用使半导体中产生非平衡载流子的过程叫非平衡载流子的,注入（,injection,）,。,光照引起的附加光电导：,通过附加电导率测量可计算非平衡载流子。,excess carries (,过剩载流子,),n,型半导体：,n=p n,0,，,p,型半导体,n=p p,0,n,型半导体：,nMajority carriers,（,多数载流子）,n,非平衡多数载流子；,p,Minority carriers,（,少数载流子），,p,非平衡少数载流子。,非平衡少数载流子在器件中起着极其重要的作用。,外部条件拆除后，非平衡载流子逐渐消失，这一过程称为非平衡载流子的,复合,。,小注入,热平衡时：,导,带电子增加，意味着,E,F,更靠近,E,C,。,外界作用,价带空穴增加，意味着,E,F,更靠近,E,V,。,5.2.,非平衡载流子浓度的表达式,引入,准费米能级,：,非平衡态时，,5.3.,非平衡载流子的衰减 寿命,若外界条件撤除（如光照停止），经过一段时间后，系统才会恢复到原来的热平衡状态。有的非子生存时间长、有的短。,非子的平均生存时间称为,非子的寿命,。,光照刚停止，复合,产生,n,、,p,复合,复合,=,产生,（恢复热平衡）,单位时间内非子被复合掉的可能性,复合几率,单位时间、单位体积净复合消失的电子,-,空穴对（非子,）,复合率,在,小注入,时，,与,P,无关,，则,设,t=0,时，,P(t)= P(0)= (P),0,那么,C= (P),0,，,于是,非平衡载流子的寿命主要与复合有关。,t=0,时，光照停止，非子浓度的减少率为,5.4.,非平衡载流子的复合机制,复合,直接复合,(,direct recombination,):,导带电子与价带空穴直接复合,.,间接复合,(,in,direct recombination,):,通过位于禁带中的杂质或缺陷能级的中间过渡。,表面复合,(,surface,recombination,),：,在半导体表面发生的 复合过程。,将能量给予其它载流子,增加它们的动能量。,从,释放能量的方法分,:,Radiative,recombination (,辐射复合,),Non-,radiative,recombination (,非辐射复合,),Auger recombination (,俄歇复合,),1 direct/band-to-band recombination,（,直接复合）,产生率,G Generation rate,：,单位时间和单位体积内所产生的电子,-,空穴对数,复合率,R Recombination rate,：,单位时间和单位体积内复合掉的电子,-,空穴对数,非,平衡载流子的直接净复合,净,复合率,=,复合率,-,产生率,U=R-G,代入,非,平衡载流子寿命：,小,注入：,n,型,材料：,2,间接复合,(,in,direct recombination),半导体中的杂质和缺陷在禁带中形成一定的能级，它们有促进复合的作用。这些杂质和缺陷称为,复合中心,。,n,t,：,复合中心能级上的电子浓度,N,t,：,复合中心浓度,p,t,：,复合中心能级上的空穴浓度,* 俘获电子,Electron capture,* 发射电子,Electron emission,* 俘获空穴,Hole capture,* 发射空穴,Hole emission,电子俘获率,：,空穴俘获率：,电子产生率：,空穴产生率：,热平衡时：,电子俘获率,=,电子产生率,空穴俘获率,=,空穴产生率,E,F,与,E,t,重合时导带的平衡电子浓度。,同,理，得,空穴俘获率,=,空穴产生率,其中,表示,E,F,与,E,t,重合时价带的平衡空穴浓度。,稳定复合时：,俘获电子,-,发射电子,=,俘获空穴,-,发射空穴,-,=,-,和,又,净,复合率：,U=,俘获电子,-,发射电子,=,通过复合中心复合的普遍公式,-,注意到：,非,平衡载流子的寿命为,分析讨论,:,(1),小注入条件下：,n,型半导体,强,n,型区：,高阻,区：,*在,较重掺杂的,n,型半导体中，空穴俘获系数起主要作用，而与电子俘获系数无关。,p,型半导体,强,p,型区：,高阻,区：,(2),大注入,若,E,t,靠近,E,C,：,俘获电子的过程增强，,但发射电子的能力也增强。,不利于复合,Et,处禁带中央，复合率最大。,(3),最有效的复合中心,3,其它复合,半导体表面状态对非平衡载流子也有很大影响，表面处的杂质和表面特有的缺陷也在禁带形成复合中心。,（,1,）表面复合,表面氧化层、水汽、杂质的污染、表面缺陷或损伤。,（,2,） 俄,歇,复合,载流子从高能级向低能级跃迁，发生电子,-,空穴复合时，把多余的能量传给另一个载流子，使这个载流子被激发到能量更高的能级上去，当它重新跃迁回低能级时，多余的将能量常以声子形式放出。,非辐射复合,影响半导体发光器件的发光效率。,例题,1,化,例,2,在一块,p,型半导体中，有一种复合,-,产生中心，小注入时被这些中心俘获的电子发射回导带的过程和它与空穴复合的过程有相同的几率。试求这种复合,-,产生中心的位置，并说明它能否成为有效的复合中心？,