电子科技大学：《半导体物理》课程教学资源（PPT课件讲稿）第五篇 非平衡载流子

理里 SEMICONDUCTORCPHAYSICS 编写: 独立制作: 电子科技大学 微电子与固体电子学院 微电子科学与工程系

半导体 物 理 SEMICONDUCTOR PHYSICS 编写：刘诺 独立制作：刘诺 电子科技大学 微电子与固体电子学院 微电子科学与工程系

第五篇非平衡载流子 §5.1非平衡载流子的注入与复合 非平衡载流子及其产生 非平衡态:系统对平衡态的偏离 相应的:n=no+∠n p=p0+∠p n= ap 非平衡载流子:和∠p(过剩载流子)

一、非平衡载流子及其产生 非平衡态：系统对平衡态的偏离。 相应的：n=n0+ ⊿n p=p0+ ⊿p 且 ⊿n= ⊿p 非平衡载流子： ⊿n 和⊿p（过剩载流子） §5.1 非平衡载流子的注入与复合 第五篇 非平衡载流子

当非平衡载流子的浓度△n和 △p《多子浓度时,这就是小注 入条件 结论→小注入条件下非平衡少子p对平衡少子p的影响大 非平衡载流子<非平衡少子

非平衡载流子 非平衡少子 结论 小注入条件下非平衡少子 对平衡少子 的影响大   p p0 当非平衡载流子的浓度△n和 △p《多子浓度时，这就是小注 入条件

例如:光注入 Ec 光注入 E 电注入 豢高能粒子辐照 eg E

光注入 电注入 高能粒子辐照 …

注入的结果产生附加光电导 o=ngunt pqAp =(n+△nn+(p+4)n (n+4)+(Mmn+4w) On+△ 故附加光电导△oo=△nqun+△pqpu △nq山+

注入的结果 产生附加光电导  = nqn + pq p ( ) ( ) = n0 + n qn + p0 + p q p ( ) ( ) = n0 qn + p0 q p + nqn + pq p = 0 +  故附加光电导 0 = nqn + pqp ( ) = nq n + p

光照停止,即停止注 ec 入,系统从非平衡态 回到平衡态,电子 空穴对逐渐消失的过 Eg 程 即 △n=△p 0 Ey

 光照停止，即停止注 入，系统从非平衡态 回到平衡态，电子- 空穴对逐渐消失的过 程。 即：  △n=△p 0

§5.2非平衡载流子的寿命 非平衡载流子的寿命 寿命τ非平衡载流子的平均生存时间 单位时间内非平衡载流子的复合几率 )单位时间内非平衡电子的复合几率 例如1一→>单位时间内非平衡空穴的复合几率

1、非平衡载流子的寿命 寿命  非平衡载流子的平均生存时间  单位时间内非平衡载流子的复合几率  1        ⎯→ ⎯→ 单位时间内非平衡空穴的复合几率 单位时间内非平衡电子的复合几率 例如 p n   1 1 §5.2 非平衡载流子的寿命

则在单位时间内非平衡载流子的减少数_④△pO dt 而在单位时间内复合的非平衡载流子数 如果在t=0时刻撤除光照 d{4yp()△ 在小注入条件下, z为常数解方程(得到p()=4y0)e—(2) 同理也有 ()=△n(0e->(3)

 ( ) dt d p t 则在单位时间内非平衡载流子的减少数 = − p p   而在单位时间内复合的非平衡载流子数 = 如果在t = 0时刻撤除光照  ( ) ⎯→(1)  =  − p p dt d p t  则 在小注入条件下， . (1)  ( ) =  (0) ⎯→(2) − p t p t p e  为常数解方程 得到 ( ) =  (0) ⎯→(3) − n t n t n e 同理也有 

寿命的意义 对(2)式求导 d()-A0)→减过程中从到十+内复合掉的过剩空 因此∈(△p)个过剩载流子的平均可生存时间为 )(3)同理 n—)4 [a△p( o danbi p()=(A2)et=1(△p)2-(5) 可见 △n(z)=(△ e →减就是AD(廉减到(△)的所需的时间

2、寿命的意义 ( )  ( ) ( ) 衰减过程中从 到 内复合掉的过剩空穴 对 式求导 dt t t dt p t d p t p  +   = −  2 ( )  ( )  ( ) (3) 0 0 0 = ⎯→   =       − p d p t t d p t t p  因此 个过剩载流子的平均可生存时间为  ( )  ( ) (4) 0 0 = ⎯→   =     − n d n t td n t 同理 t  ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )         =  =  ⎯→  =  =  ⎯→ − − 6 1 5 1 0 0 0 0 n e n n e p e p p e       可见 就是 ( )衰减到( ) 的 所需的时间 e p t p 1    0 

§5.3准费米能级 非平衡态的电子与空穴各自处于热平衡 。准平衡态,但具有相同的晶格温度: f(e) E-EF 1+e koT EF-E 1+ek0 E →》电子准费米能级 EP—→>空穴准费米能级

非平衡态的电子与空穴各自处于热平衡 态 准平衡态，但具有相同的晶格温度： ( ) ( ) ( ) ( )         ⎯→ + = ⎯→ + = − − 2 1 1 1 1 1 0 0 k T p E E k T n E E p F n F e f E e f E 空穴准费米能级 电子准费米能级 ⎯→ ⎯→ p F n F E E §5.3 准 费 米 能 级