非平衡载流子的产生与复合ppt课件.pptx

5.1非平衡载流子的产生与复合5.1非平衡载流子的产生与复合5.1.1非平衡载流子的产生非平衡多子、非平衡少子附加光电导率（光电导）低水平注入（小注入）低水平注入（小注入）高水平注入（大注入）5.1.2非平衡载流子的复合热平衡情况非平衡情况非平衡载流子的寿命写成
(5.1-8)
求解方程(5.1-7)，可得

(5.1-9)

其中，是时的非平衡载流子浓度。式(5.1-9)表明，非平衡载流子浓度随时间按指数规律衰减，是反映衰减快慢的时间常数。越大，衰减得越慢。是衰减到的1/e所用的时间，称为非平衡载流子的寿命。例5.1t=0时半导体中非平衡载流子浓度为。非平衡载流子寿命为。t>0时停止产生非平衡载流子的外部作用。试求下列时刻半导体中非平衡载流子浓度：（1）t=0；（2）t=1；（3）t=4。例5.2利用例5.1给出的参数，计算以下时刻非平衡载流子的复合率：（1）t=0；（2）t=1；（3）t=4。非平衡载流子寿命推导测量光电导的方法确定非平衡载流子的寿命5.2直接复合非平衡载流子复合分类直接复合直接复合复合率产生率非简并情况下的产生率净复合率、非平衡载流子寿命非平衡载流子寿命分类讨论非平衡载流子寿命分类讨论5.3通过复合中心的复合间接复合原理5.3.1载流子通过复合中心的产生和复合过程（a）电子的俘获过程（b）电子的产生过程（b）电子的产生过程（b）电子的产生过程（c）空穴的俘获过程（d）空穴的产生过程（d）空穴的产生过程（d）空穴的产生过程5.3.2净复合率5.3.2净复合率5.3.2净复合率

(5.3-23)

式(5.3-23)就是通过复合中心复合的净复合率公式。例5.3导出在的极小注入情况下，本征半导体中通过复合中心复合的净复合率(假设)。5.3.3小信号寿命公式—肖克利-瑞德公式复合中心能级位置对寿命的影响复合中心能级位置对寿命的影响费米能级位置对寿命的影响5.3.4金在硅中的复合作用5.3.4金在硅中的复合作用无论在N型硅中还是在P型硅中，金都是有效的复合中心，对少子寿命产生极大的影响。
在N型硅中，金负离子对空穴的俘获系数决定了少数载流子的寿命。
在P型硅中，少子的寿命由对电子的俘获系数决定。
5.4表面复合和表面复合速度表面缺陷表面复合和表面复合速度表面复合电流5.5陷阱效应在半导体中，杂质和缺陷除了起施主、受主和复合中心的作用外，还能起陷阱作用。
出现非平衡载流子时，必然引起杂质能级上电子数目的改变。电子数目可能增加，也可能减少。如果电子数目增加，说明该能级有收容电子的作用，如果电子数目减少，说明该能级有收容空穴的作用。
也就是说杂质能级具有积累非平衡载流子的作用。杂质能级的这种积累非平衡载流子的作用就叫做陷阱效应。陷阱、陷阱中心一个有效的复合中心应该使非平衡载流子通过该复合中心快速复合，所以，有效复合中心对电子和空穴的俘获系数相差不大，而且，其对非平衡载流子的俘获概率要大于载流子发射回能带的概率。一般说来，只有杂质的能级比费米能级离导带底或价带顶更远的深能级杂质，才能成为有效的复合中心。
一个有效的陷阱则必须对电子和空穴的俘获概率有很大差别，比如有效的电子陷阱对电子的俘获概率远大于对空穴的俘获概率，这样才能保持对电子的显著积累作用。一般来说，当杂质能级与平衡时费米能级重合时，是最有效的陷阱中心。5.6准费米能级5.6.1准费米能级准费米能级准费米能级例5.4例3.4中施主浓度ND=1015cm-3的N型硅，由于光照产生非平衡载流子。试计算准费米能级的位置并和原来的费米能级(在Ei之上0.29eV，见例3.4)相比较。5.6.2修正欧姆定律5.6.2修正欧姆定律5.7连续性方程5.7连续性方程5.7连续性方程连续性方程变形1连续性方程变形2连续性方程变形3连续性方程变形4例5.5一半导体，。在光照下，半导体中非平衡载流子的产生率。（1）计算载流子浓度；（2）计算准费米能级。5.8电中性条件介电弛豫时间5.8电中性条件介电弛豫时间5.8电中性条件介电弛豫时间5.8电中性条件介电弛豫时间5.8电中性条件介电弛豫时间例5.6分别在以下两种情况下求出非平衡载流子消失的时间，比较它们的大小并简单加以说明。（1）一个室温下的锗样品，掺入浓度为1016cm-3杂质的砷原子，载流子寿命为100μs。把样品接地，设法使电子浓度增加10%；（2）向样品中注入空穴，假设非平衡少数载流子的复合率。（2）在样品中注入空穴，电子浓度也将在短暂的介电弛豫时间内增加，在样品中建立电中性。之后，二者都以寿命为时间常数衰减，这是非平衡载流子的复合过程，由，得

可见。
通过对以上两种情况的分析可以看出，如果在半导体中增加多数载流子，可以在非常短的介电弛豫时间内通过多子的流动，消除半导体中电中性的扰动。对于少子注入，可以在短