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1、(3)(4)例题结论：结论：例例. 室温下室温下,本征锗的电阻率为本征锗的电阻率为47，(1)试求本征载流子浓度。试求本征载流子浓度。(2)若掺入锑杂质，使每若掺入锑杂质，使每106个锗中有一个杂质原子，计算室温下个锗中有一个杂质原子，计算室温下电子浓度和空穴浓度。设杂质全部电离。锗原子浓度为电子浓度和空穴浓度。设杂质全部电离。锗原子浓度为4.4/3,n=3600/Vs且不随掺杂而变化且不随掺杂而变化.3 31 13 31 19 9p pn ni ip pn ni i1 1/ /c cm m1 10 02 2. .5 51 17 70 00 03 36 60 00 01 10 01 1. .6
2、 64 47 71 1q q1 1n nq qn n1 1解:3160316622/1104 . 4/1104 . 410104 . 4)2(cmNncmNDD31016213020/11042. 1104 . 4105 . 2cmnnpi cmcm10104 43600360010101.61.610104.44.41 1q qn n1 13 32 219191616n n0 0n nChapter 3 Recombination-Generation Processes（复合-产生过程）产生率产生率G Generation rate：单位时间和单位体积内所产生的电子单位时间和单位体积内所产
3、生的电子-空穴对数空穴对数复合率复合率R Recombination rate：单位时间和单位体积内复合掉的电子单位时间和单位体积内复合掉的电子-空穴对数空穴对数产生产生 复合复合 注入注入 非简并半导体处于非简并半导体处于热平衡热平衡状态时，体内电子和空状态时，体内电子和空穴浓度为穴浓度为n n0 0和和p p0 0，它们之间的关系是，它们之间的关系是200inpn3.1 非平衡载流子的产生与复合非平衡载流子的产生与复合（ noneguilibrium carriers G-R ）如果在外界作用下，平衡条件破坏，就偏离了上式决如果在外界作用下，平衡条件破坏，就偏离了上式决定的热平衡状态即称为
4、定的热平衡状态即称为非平衡状态非平衡状态。载流子浓度为。载流子浓度为n n、p p：nnnn00pppp00外界作用外界作用外界作用外界作用非平衡载流子pn, 外界作用使半导体中产生非平衡载流子的过程叫非平衡载外界作用使半导体中产生非平衡载流子的过程叫非平衡载流子的流子的注入注入。过剩载流子(excess carries)外界作用外界作用光光 照射半导体表面照射半导体表面光注入光注入对对p-np-n结施加偏压结施加偏压电注入电注入gEh例，光照例，光照n n型半导体表面型半导体表面pnpqnqpn光照引起的附加光电导：光照引起的附加光电导： 通过附加电导率测通过附加电导率测量可计算非平衡载流子
5、。量可计算非平衡载流子。 对于对于n n型半导体型半导体n=pn=p n n0 0， p p型半导体型半导体n=pn=p p p0 0，称，称小注入小注入。 对对n n型半导体，型半导体，n n称为多数载流子（称为多数载流子（Majority Majority carrierscarriers），），nn被称为非平衡多数载流子；被称为非平衡多数载流子；p p称为称为少数载流子（少数载流子（Minority carriers Minority carriers ），），pp被称为非被称为非平衡少数载流子。平衡少数载流子。非平衡少数载流子在器件中起着极其重要的作用。非平衡少数载流子在器件中起着极其
6、重要的作用。 外部条件拆除后，非平衡载流子逐渐消失，外部条件拆除后，非平衡载流子逐渐消失，这一过程称为非平衡载流子的这一过程称为非平衡载流子的复合复合。TkEECFCeNn00TkEEVVFeNp00热平衡时：导带电子增加，意味着EF更靠近EC。外界作用价带空穴增加，意味着EF更靠近EV。3.2. 非平衡载流子浓度的表达式非平衡载流子浓度的表达式引入准费米能级：TkEECnFCeNn0TkEEVVpFeNp0TkEEiTkEEPFnFPFnFenepnnp00200非平衡态时，2innp 3.3. 非平衡载流子的衰减非平衡载流子的衰减 寿命寿命 若外界条件撤除（如光照停止），经过一段时间后，系
7、若外界条件撤除（如光照停止），经过一段时间后，系统才会恢复到原来的热平衡状态。有的非子生存时间长、有统才会恢复到原来的热平衡状态。有的非子生存时间长、有的短。非子的平均生存时间称为的短。非子的平均生存时间称为非子的寿命非子的寿命。光照刚停止，复合产生 n、p 复合 复合=产生（恢复热平衡）1单位时间内非子被复合掉的可能性单位时间内非子被复合掉的可能性 复合几率复合几率p单位时间、单位体积净复合消失的电子单位时间、单位体积净复合消失的电子-空穴对（非子）空穴对（非子） 复合率复合率在小注入时，与P无关，则 tcetp设t=0时， P(t)= P(0)= (P)0, 那么C= (P)0，于是 te
8、ptp0 eppt0,时非平衡载流子的寿命主要与复合有关。t=0t=0时，光照停止，非子浓度的减少率为时，光照停止，非子浓度的减少率为 tpdttpd3.4. 非平衡载流子的复合机制非平衡载流子的复合机制复合复合直接复合直接复合(direct recombination):(direct recombination):导带电子与价带空导带电子与价带空穴直接复合穴直接复合. .间接复合间接复合(indirect recombinationdirect recombination):通过位于禁带中的杂通过位于禁带中的杂质或缺陷能级的中间过渡。质或缺陷能级的中间过渡。 表面复合表面复合(surfac
9、e recombinationrecombination)：在半导体表面发生的：在半导体表面发生的 复合过程。复合过程。俄歇复合：将能量给予其它载流子俄歇复合：将能量给予其它载流子,增加它们的动能量。增加它们的动能量。从释放能量的方法分从释放能量的方法分:辐射辐射(radiative)复合复合非辐射非辐射(non-radiative)复合复合1 1 直接复合直接复合 direct/band-to-band recombinationdirect/band-to-band recombinationT + Light：净复合率净复合率=复合率复合率-产生率产生率U=R-G非平衡载流子的直接净复合
10、非平衡载流子的直接净复合)(2000idnnprprnrnpGRUpnpppnnn00代入代入则：则：)(200pppnrUd非平衡载流子寿命：非平衡载流子寿命：ppnrUpd001小注入：小注入：001pnrUpdn型型材料：材料：p型型材料：材料：例例2 在一块在一块p型半导体中，有一种复合型半导体中，有一种复合-产生中心，小产生中心，小注入时被这些中心俘获的电子发射回导带的过程和它注入时被这些中心俘获的电子发射回导带的过程和它与空穴复合的过程有相同的几率。试求这种复合与空穴复合的过程有相同的几率。试求这种复合-产生产生中心的位置，并说明它能否成为有效的复合中心？中心的位置，并说明它能否成
11、为有效的复合中心？例题例例. 室温下室温下,本征锗的电阻率为本征锗的电阻率为47，(1)试求本征载流子浓度。试求本征载流子浓度。(2)若掺入锑杂质，使每若掺入锑杂质，使每106个锗中有一个杂质原子，计算室温下个锗中有一个杂质原子，计算室温下电子浓度和空穴浓度。设杂质全部电离。锗原子浓度为电子浓度和空穴浓度。设杂质全部电离。锗原子浓度为4.4/3,n=3600/Vs且不随掺杂而变化且不随掺杂而变化.3 31 13 31 19 9p pn ni ip pn ni i1 1/ /c cm m1 10 02 2. .5 51 17 70 00 03 36 60 00 01 10 01 1. .6 64
12、 47 71 1q q1 1n nq qn n1 1解:3160316622/1104 . 4/1104 . 410104 . 4)2(cmNncmNDD31016213020/11042. 1104 . 4105 . 2cmnnpi cmcm10104 43600360010101.61.610104.44.41 1q qn n1 13 32 219191616n n0 0n n例题1. 试述平衡试述平衡p-n结形成的物理过程结形成的物理过程.它有什么特点它有什么特点?画出势垒区中载流子漂移运动和扩散运动的方向画出势垒区中载流子漂移运动和扩散运动的方向.2.内建电势差内建电势差VD受哪些因素
13、的影响受哪些因素的影响?锗锗p-n结与硅结与硅p-n结的结的VD哪个大哪个大?为什么为什么?3.试比较平衡试比较平衡p-n结结,正向偏置正向偏置p-n结结,反向偏置反向偏置p-n结结的特点的特点.4.写出写出p-n结整流方程结整流方程,并说明方程中每一项的物理意并说明方程中每一项的物理意义义?5.p-n结的理想伏结的理想伏-安特性与实际伏安特性与实际伏-安特性有哪些区安特性有哪些区别别?产生的原因是什么产生的原因是什么?复习与思考复习与思考6.p-n结为什么有电容特性结为什么有电容特性?与普通电容相比有哪些相与普通电容相比有哪些相似之处似之处?有哪些区别有哪些区别?7. p-n结击穿主要有哪几
14、种结击穿主要有哪几种?说明各种击穿产生的原因说明各种击穿产生的原因和条件和条件.影响它们的因素有哪些影响它们的因素有哪些?8.在隧道二极管中在隧道二极管中,n区常重掺杂使区常重掺杂使EFn位于导带中位于导带中,p区区重掺杂使重掺杂使EFp位于价带中位于价带中,画出这种二极管在零偏时的画出这种二极管在零偏时的能带图能带图,并说明外加正偏或反偏时并说明外加正偏或反偏时,能带将如何变化能带将如何变化?9.隧道二极管与一般隧道二极管与一般p-n二极管的伏二极管的伏-安特性有什么不安特性有什么不同同?它有什么优点它有什么优点?10.解释光生伏特效应解释光生伏特效应,说明太阳能电池的工作原理说明太阳能电池
15、的工作原理.复习与思考复习与思考1.金属和半导体的功函数是如何定义的金属和半导体的功函数是如何定义的?2.分析分析n型和型和p型半导体形成阻挡层和反阻挡层的条件型半导体形成阻挡层和反阻挡层的条件,并画出并画出金半接触时的能带图金半接触时的能带图.(忽略表面态的影响忽略表面态的影响)3.试比较试比较p-n结和肖特基结的主要异同点结和肖特基结的主要异同点.指出肖特基二极管具指出肖特基二极管具有哪些重要特点有哪些重要特点.4.金属与重掺杂的半导体接触能够形成欧姆接触金属与重掺杂的半导体接触能够形成欧姆接触,说明其物理说明其物理原理原理.5.什么是表面空间电荷区什么是表面空间电荷区?6.以以n型半导体为例型半导体为例,画出积累、耗尽、反型三种状态下的能画出积累、耗尽、反型三种状态下的能带图。带图。7。什么叫。什么叫“强反型强反型”？发生？发生“强反型强反型”的条件是什么？的条件是什么？