电子科技大学：《半导体光电子学 Semiconductor Optoelectronics》课程教学资源（课件讲稿）第四章 半导体二极管的物理机理

第四章半导体二极管的物理机制 >平衡pn结的形成及载流子浓度分布 n E的 V,:接触电势差 qV:势垒高度 势垒区 qVD-Ern-EFp(接触前) 电子科技大学光电学院陈德军

电子科技大学光电学院陈德军 第四章 半导体二极管的物理机制 ➢ 平衡pn结的形成及载流子浓度分布 p n ECp EVp EFp Eip ECn EVn EFn Ein qVD 势 垒 区 VD:接触电势差 qVD:势垒高度 qVD=EFn-EFp（接触前） qVD EF

第四章半导体二极管的物理机制 >平衡pn结的形成及载流子浓度分布 Evp E Xp (a》电势 6)电势能 电子科技大学光电学院陈德军

电子科技大学光电学院陈德军 ➢ 平衡pn结的形成及载流子浓度分布 第四章 半导体二极管的物理机制

第四章半导体二极管的物理机制 >平衡pn结的形成及载流子浓度分布 尽 d npo&Ppo qVp P n (x) 0 qVp no&Pnov Po 区， p 电子科技大学光电学院陈德军

电子科技大学光电学院陈德军 ➢ 平衡pn结的形成及载流子浓度分布 nn0 & pn0 np0 & pp0 耗 尽 区 第四章 半导体二极管的物理机制

第四章半导体二极管的物理机制 >扩散运动与漂移运动 漂移运动→定向电 载流子的 场牵引 二 迁移率 两大运动 载流子分布不均 浓度梯○ 匀引入浓度梯度 扩散运动→ D:扩散系数 度牵引 非子注入或抽取 引入浓度梯度 电子科技大学光电学院陈德军

电子科技大学光电学院陈德军 ➢ 扩散运动与漂移运动 载流子的 两大运动 扩散运动 漂移运动 定向电 场牵引 浓度梯 度牵引 非子注入或抽取 引入浓度梯度 载流子分布不均 匀引入浓度梯度 μ:迁移率 D:扩散系数 第四章 半导体二极管的物理机制

第四章半导体二极管的物理机制 >扩散运动与漂移运动 =On+p=ngin pqup ng'tn pq'tp mn mp 1 0= n J=E=(,+pE=(nqu,pqup)E 电子科技大学光电学院陈德军

电子科技大学光电学院陈德军 ➢ 扩散运动与漂移运动 * 2 * 2 p p n n n p n p m pq m nq nq pq        = + = + = +  n  p  n  p  1 1 1 1  = + + = J = E =（ n + p ）E =(nqn + pq p ) E 第四章 半导体二极管的物理机制

第三章半导体中的光现象 >扩散运动与漂移运动 s,=-n -D,4 dx dx2 Dp d2Ap(x)Ap(x) dx2 Ap(x)=Ae Lp=yDpt 电子科技大学光电学院陈德军

电子科技大学光电学院陈德军 第三章 半导体中的光现象 ➢ 扩散运动与漂移运动 dx d p x Sp Dp  ( ) = − 2 2 ( ) ( ) d x d p x D d x d S x p p  − =   ( )  ( ) 2 2 p x d x d p x Dp =   p p L x L x L D p x Ae Be p p = = + − ( )

第四章半导体二极管的物理机制 >扩散运动与漂移运动 Sp=-D dAp(x) 空穴扩散流密度：单位时间 dx 通过单位截面的粒子数 电子 （Jn)r=-gD dAp(x) 空穴扩散流电流密度：单位 dx 时间通过单位截面的电量 系数 dAn(x) 电子扩散流密度：单位时间 dx 通过单位截面的粒子数 d,=90,4 空穴扩散流电流密度：单位 dx 时间通过单位截面的电量 电子科技大学光电学院陈德军

电子科技大学光电学院陈德军 ➢ 扩散运动与漂移运动 dx d p x Sp Dp  ( ) = − 空穴扩散流密度：单位时间 通过单位截面的粒子数 dx d p x J p qDp ( ) )  （ 扩 = − 空穴扩散流电流密度：单位 时间通过单位截面的电量 dx d n x Sn Dn  ( ) = − 电子扩散流密度：单位时间 通过单位截面的粒子数 dx d n x J n qDn ( ) )  （ 扩 = 空穴扩散流电流密度：单位 时间通过单位截面的电量 电子 扩散 系数 第四章 半导体二极管的物理机制

第四章半导体二极管的物理机制 >扩散运动与漂移运动 漂移运动 (Jn)漂=qn,+△n)4n|E=qn4n|E1 (J)q(Po +Ap)upEl qpupEl 扩散运动 (Jn)扩=qDn dAn(x) dx (,)r =-qD,dyp(x) dx 总的电流密度 Jr=(J,)a+(J,)r=qpu[E-qD,dAp dx Jn=(Jn)漂+(Jn)扩=qnun|E|+qDn dAn d 电子科技大学光电学院陈德军

电子科技大学光电学院陈德军 ➢ 扩散运动与漂移运动 ( ) ( ) | | | | J n q n0 n n E qn n E   漂 ＝ +   =  ( ) ( ) | | | | J p q p0 p p E qp p E   漂 ＝ +   =  漂移运动 扩散运动 dx d p x J p qDp ( ) )  （ 扩 = − dx d n x J n qDn ( ) )  （ 扩 = 总的电流密度 dx d p JP (JP ) (Jp ) qp p | E | qDp  = + =  −  漂 扩 dx d n Jn (Jn ) (Jn ) qn n | E | qDn  = + =  +  漂 扩 第四章 半导体二极管的物理机制

第四章半导体二极管的物理机制 >扩散运动与漂移运动 D.=KaT Mn 爱因斯坦关系式 Mp 均匀非平衡半导体的电流密度公式 J=qup(p E-KaT dAp)+qu,(mEAn) q dx dx 非均匀半导体的电流密度公式 qu(pE-Tdpdn) g dx g dx 电子科技大学光电信息学院陈德军

➢ 扩散运动与漂移运动 q D KB T n n =  q D KB T p p =  爱因斯坦关系式 ( | | ) ( | | ) d x d n q K T q n E d x d p q K T J J J q p E B n B P n p  + +  = + = −     ( | | ) ( | | ) d x d n q K T q n E d x d p q K T J q p E B n B = p − + +     均匀非平衡半导体的电流密度公式 非均匀半导体的电流密度公式 电子科技大学光电信息学院陈德军 第四章 半导体二极管的物理机制

第四章半导体二极管的物理机制 >连续性方程 Op=D.c lEl_AP+ 复合消 失的空 单位时间， 单位体积 单位时间， 穴数 单位体积 单位时间， 空穴变化 单位体积由 量 由扩散运 动积累的 漂移运动积 累的空穴数 其他 空穴数 dSp-_ a(Jp)扩 1a(Jp)漂 (Jp)漂=p(x)q4,E(x) dx 9 Ox g Ox 以浓度梯度方向为正方向

➢ 连续性方程 p p 2 p p 2 p G p x | E | p x p | E | x p D t p +   −   −    −    =     单位时间， 单位体积 空穴变化 量 单位时间， 单位体积 由扩散运 动积累的 空穴数 x J dx q dSp P   − = − 1 ( ) 扩 单位时间， 单位体积由 漂移运动积 累的空穴数 x J q P   − 1 ( ) 漂 (J ) p(x)q E(x) P 漂 =  p 复合消 失的空 穴数 其他 以浓度梯度方向为正方向 第四章 半导体二极管的物理机制