蒋玉龙教授-半导体物理ppt-11

8/587.1非平衡载流子的注入与复合67.1.4非平衡载流子的产生τgp=∞Δ)(tΔpΔp(∞)光强恒定，非平衡载流子随时间的变化τpgdtpdΔ−=Δ⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎟⎠⎞⎜⎝⎛−−=Δττtgtpexp1)(⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎟⎠⎞⎜⎝⎛−−∞Δ=Δτtptpexp1)()(τ)()(tpdttpdΔ=Δ复合率产生率：g9/58第七章非平衡载流子7.1非平衡载流子的注入与复合7.2准费米能级7.3复合理论7.4陷阱效应7.5载流子的扩散运动7.6载流子的漂移运动、双极扩散7.7连续性方程10/587.2准费米能级17.2.1准平衡热平衡⎟⎠⎞⎜⎝⎛−−=kTEENnFCCexp0⎟⎠⎞⎜⎝⎛−−=kTEENpVFVexp0具有统一的EF⎯⎯热平衡的标志非平衡：没有统一的EFEF在各处的不一样⎯⎯使系统从非平衡向平衡转变的动力11/587.2准费米能级27.2.1准平衡非平衡的含义－指数量上的非平衡，而在能量分布上还是平衡的（严格地说，准平衡）。完成准平衡分布时间（晶格驰豫时间10-10s）寿命τ（~μs）12/587.2准费米能级37.2.2准费米能级刚注入未达准平衡（数量不平衡、能量分布不平衡）晶格驰豫10-10s达到准平衡分布（数量不平衡、能量分布平衡）复合~μs热平衡（数量平衡、能量分布平衡）电子子系统与晶格平衡⎯⎯EFn空穴子系统与晶格平衡⎯⎯EFp但电子子系与空穴子系不平衡只能说是准平衡13/587.2准费米能级47.2.2准费米能级⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛−−=kTEENnnFCCexp⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛−−=kTEENpVpFVexp对于n型半导体00nnppΔ=Δ(小注入）EFn与EF很接近，而EFp与EF可以有显著的差别。⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛−=⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛−=kTEEnkTEEpnnppFnFipFnFexpexp200非平衡时2innp≠反映了系统偏离热平衡的程度。0ln0≈=−nnkTEEFnFeVppkTEEpFF3.0ln0≈=−350315010,10−−==cmpcmn31010−=Δ=Δcmpn例子14/58第七章非平衡载流子7.1非平衡载流子的注入与复合7.2准费米能级7.3复合理论7.4陷阱效应7.5载流子的扩散运动7.6载流子的漂移运动、双极扩散7.7连续性方程15/587.3复合理论17.3.1复合的分类按复合过程分直接复合间接复合按复合位置分体内复合表面复合按能量交换方式分辐射复合（e-光子）非辐射复合发射声子（e-声子）俄歇复合（e-e）16/587.3复合理论27.3.2直接复合••。。复合产生ECEV平衡GR=产生率复合率（单位时间单位体积内复合掉e-h的对数）量纲：[cm-3s-1]非平衡GR≠净复合率GRU−=d复合率npR∝令rnpR=电子-空穴复合几率（非简并时，r只与T有关，与n、p无关）产生率价带导带价带导带nnpnnnG⋅∝−−∝))((（常数，只与T有关）量纲：[cm3s-1]－概念引入－复合过程属于统计性的过程－带间直接复合17/587.3复合理论37.3.2直接复合热平衡时20000irnprnRG===20irnGG=≡净复合率()2idnnprGRU−=−=()()[]0000pnppnnr−Δ+Δ+=()200prppnrΔ+Δ+=⎯⎯取决于多子••。。复合产生ECEV（常数，只与T有关）18/587.3复合理论47.3.2直接复合－非平衡载流子寿命ττppPUdΔ=Δ⋅=()[]ppnrUpdΔ++=Δ=001τ()⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧=+=0000111rprnpnrτ（n型）（p型）影响τ的因素1o多子浓度n0（p0）2or3oΔp()200prppnrUdΔ+Δ+=净复合率小注入()ppnΔ+00大注入()ppnΔ+00prΔ=1τ19/587.3复合理论57.3.3间接复合－间接复合的四个基本过程•。ECEV••甲乙丙丁EtNt复合中心（杂质或缺陷）•。ECEV••Et跃迁前跃迁后甲：电子俘获率=()ttnnNnr−电子俘获系数乙：电子发射率=tns−电子激发几率丙：空穴俘获率=tppnr丁：空穴发射率=()ttnNs−+量纲：[cm3s-1]量纲：[s-1]20/587.3复合理论67.3.3间接复合－复合率稳态时甲＋丁＝乙＋丙甲－乙＝丙－丁＝净复合率Us－，s+为常数（只与T有关，与n、p无关）可用平衡态来求s－，s+热平衡时甲＝乙丙＝丁()ttntnNnrns−=−0设⎟⎠⎞⎜⎝⎛−+=kTEENnFtttexp11nrsn=−其中⎟⎠⎞⎜⎝⎛−−=kTEENntCCexp1同理1prsp=+其中⎟⎠⎞⎜⎝⎛−−=kTEENpVtVexp1•。ECEV••甲乙丙丁EtNt复合中心21/587.3复合理论77.3.3间接复合－复合率•。ECEV••甲乙丙丁EtNt复合中心代入稳态条件，()()11nttpttntptrnNnrpNnrnnrpn−+−=+得()()111pprnnrprnrNnpnpntt++++=净复合率U＝甲－乙＝丙－丁＝()()()112pprnnrnnprrNpnipnt+++−稳态时甲＋丁＝乙＋丙1nrsn=−1prsp=+常数22/587.3复合理论87.3.3间接复合－非平衡载流子寿命τ()()()101000ppprnnnrpnnppnrrNUpnpnt+Δ+++Δ+Δ⋅Δ+Δ+Δ=()()()101000pprnnrnppnrrNpnpnt+++Δ+Δ=小注入1oΔn=Δp()()()101000pprnnrppnrrNUpnpnt+++Δ+=净复合率U=()()()112pprnnrnnprrNpnipnt+++−()nppnΔΔ+,00rn～rp()()()00100010001010pnpppnnnpnrrNpprnnrUpnppntpn+++++=++++=Δ=τττntnrN1=τptprN1=τ23/587.3复合理论97.3.3间接复合－非平衡载流子寿命τ2oΔn≠Δp若n型，n0p0电子⎯多子空穴⎯少子()()10100pprnnrpnrrNUpnpnt+++Δ=()()ττ=+++=Δ=01010nrrNpprnnrUppntpn少子ττpnUppnUnΔΔ=ΔΔΔ=Δ=多子若p型，……()()()101000pprnnrnppnrrNUpnpnt+++Δ+Δ=24/587.3复合理论10－不同导电类型的τ（设Et位于禁带下半部）7.3.3间接复合导电类型强n型高阻（很弱n型）强p型ECEFEVEtmax(n0,p0,n1,p1)n0p1p0τptprN1==ττ011nrNpnt=τntnrN1==ττ00100010pnpppnnnnp+++++=τττntnrN1=τptprN1=τEFΔn=Δp