第五章非平衡载流子 例1.某p型半导体掺杂浓度N4=10°cm,少子寿命=1045,在均匀光的照射下产 生非平衡载流子其产生率8=108/cm3 试计算室温时光照情况下的费米能级 并和原来无光照时的费米能级比较。设本征载流子浓度n1=10cm P=M=ewx气~E 思路与解:(1)无光照时空穴浓度 EF=E1-7lna=E1-0.26×6×ln10=E1-0.35cV) 说明无光照时,费米能级在禁带中线下面0.35V处 (2)稳定光照后,产生的非平衡载流子为: Mn=4y=g,rn=108×10-3=10cm-3 p=p+4p=106+1013≈10cm3 n=n+△n 1+△Mn=104+103≈10cm3 P=n, exp( E-EF 101 k t E-EF=kTIn-0.026In 1010 0.36(e) Er-E n=n exp( kT EF-E=k7hno0261100=0.18(e) 上面两式说明,E在E之下,而EF在E之上。且非平衡态时空穴的准费米能级和和原 来的费米能级几乎无差别,与电子的准费米能级相差甚远,如下图所示 王 光照前 光照后 评析:由此可见,在小注入时,非平衡载流子对少数载流子的影响远远大于对多数载流 子的影响 习题: 1.何谓非平衡载流子?非平衡状态与平衡状态的差异何在? 2.漂移运动和扩散运动有什么不同? 3.漂移运动与扩散运动之间有什么联系?非简并半导体的迁移率与扩散系数之间有什
第五章 非平衡载流子 例 1. 某 p 型半导体掺杂浓度 16 3 10 N cm A − = ,少子寿命 10 n = s ,在均匀光的照射下产 生非平衡载流子,其产生率 18 3 g cm s =10 / , 试计算室温时光照情况下的费米能级 并和原来无光照时的费米能级比较。设本征载流子浓度 10 3 10 i n cm − = . 思路与解: (1)无光照时,空穴浓度 exp( ) i F A i E E p N n T − = = ln 0.26 6 ln10 0.35( ) A F i i i i N E E T E E eV n = − = − = − 说明无光照时,费米能级在禁带中线下面 0.35eV 处。 （2）稳定光照后，产生的非平衡载流子为： 18 5 13 3 10 10 10 L n n p g cm − − = = = = 16 13 16 3 p p p cm 10 10 10 − = + = + 2 4 13 13 3 10 10 10 i D n n n n n cm N − = + = + = + exp( ) p i F i E E p n k T − = 16 10 10 ln 0.026ln 0.36( ) 10 p i F i p E E k T eV n − = = exp( ) n F i i E E n n k T − = 13 10 10 ln 0.026ln 0.18( ) 10 n F i i n E E k T eV n − = = 上面两式说明， p EF 在 Ei 之下，而 n EF 在 Ei 之上。且非平衡态时空穴的准费米能级和和原 来的费米能级几乎无差别，与电子的准费米能级相差甚远，如下图所示。 光照前 光照后 评析：由此可见，在小注入时，非平衡载流子对少数载流子的影响远远大于对多数载流 子的影响。 习题： 1.何谓非平衡载流子？非平衡状态与平衡状态的差异何在？ 2.漂移运动和扩散运动有什么不同？ 3.漂移运动与扩散运动之间有什么联系？非简并半导体的迁移率与扩散系数之间有什 Ec Ei EF Ev EF p EF n
么联系? 4.平均自由程与扩散长度有何不同?平均自由时间与非平衡载流子的寿命又有何不 同? 5证明非平衡载流子的寿命满足A()=APe,并说明式中各项的物理意义。 6.导出非简并载流子满足的爱因斯坦关系。 7.间接复合效应与陷阱效应有何异同? 8.光均匀照射在69cm的n型Si样品上,电子一空穴对的产生率为4×102cm3s,样品 寿命为8μs。试计算光照前后样品的电导率 9.证明非简并的非均匀半导体中的电子电流形式为 10.假设Si中空穴浓度是线性分布,在4脚内的浓度差为2×10°cm3,试计算空穴的扩 散电流密度。 11.试证明在小信号条件下,本征半导体的非平衡载流子的寿命最长
么联系？ 4.平均自由程与扩散长度有何不同？平均自由时间与非平衡载流子的寿命又有何不 同？ 5.证明非平衡载流子的寿命满足 ( ) t o p t p e − = ，并说明式中各项的物理意义。 6.导出非简并载流子满足的爱因斯坦关系。 7.间接复合效应与陷阱效应有何异同？ 8.光均匀照射在 6Ωcm 的 n 型 Si 样品上，电子-空穴对的产生率为 4×1021 cm -3 s -1，样品 寿命为 8µs。试计算光照前后样品的电导率。 9.证明非简并的非均匀半导体中的电子电流形式为 n F n dE J n dx = 。 10.假设 Si 中空穴浓度是线性分布，在 4µm 内的浓度差为 2×1016 cm -3，试计算空穴的扩 散电流密度。 11.试证明在小信号条件下，本征半导体的非平衡载流子的寿命最长