《2020-2021学年高二物理竞赛非平衡载流子课件.pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2020-2021学年高二物理竞赛非平衡载流子课件.pptx（14页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、非平衡载流子非平衡载流子甲：电子由导带落入空的复合中心能级，称为复合中心甲：电子由导带落入空的复合中心能级，称为复合中心俘获电子俘获电子的过程的过程 电子俘获率电子俘获率 = rnn (Nt-nt)，rn电子俘获系数电子俘获系数乙：电子由复合中心被激发到导带（甲的逆过程），称为乙：电子由复合中心被激发到导带（甲的逆过程），称为发射电子发射电子过程过程 电子产生率电子产生率 = s-nt ，s- 电子激发几率，产生率与电子激发几率，产生率与n无关无关丙：电子由复合中心能级落入价带与空穴复合，称为复合中心丙：电子由复合中心能级落入价带与空穴复合，称为复合中心俘获空穴俘获空穴的过程的过程 空穴俘获率
2、空穴俘获率 = rppnt ，rp空穴俘获系数空穴俘获系数丁：电子由价带被激发到空的复合中心能级（丙的逆过程），称为丁：电子由价带被激发到空的复合中心能级（丙的逆过程），称为发射空穴发射空穴过程过程 空穴产生率空穴产生率 = s+(Nt-nt) ，s+空穴激发几率，产生率与空穴激发几率，产生率与p无关无关间接复合的四个过程间接复合的四个过程Nt复合中心浓度，复合中心浓度，nt复合中心能级上电子浓度，复合中心能级上电子浓度，Nt-nt 未被电子占据的复合中心浓度未被电子占据的复合中心浓度Why?产生率产生率G:单位时间和单位体积内所产生的电子一空穴对数单位时间和单位体积内所产生的电子一空穴对数在
3、一定温度下，价带中的每个电子都有一定的几率被在一定温度下，价带中的每个电子都有一定的几率被激发到导带，从而形成一对电子和空穴。如果价带本来就激发到导带，从而形成一对电子和空穴。如果价带本来就缺少一些电子，即存在一些空穴，当然产生率就会相应地缺少一些电子，即存在一些空穴，当然产生率就会相应地减少一些。同样如果导带中本来就有一些电子，也会使减少一些。同样如果导带中本来就有一些电子，也会使产生率相应地减少一些。因为根据泡里原理，价带中的电产生率相应地减少一些。因为根据泡里原理，价带中的电子不能激发到导带中已被电子占据的状态上去。但是，在子不能激发到导带中已被电子占据的状态上去。但是，在非简并情况下，
4、价带中的空穴数相对于价带中的总状态数非简并情况下，价带中的空穴数相对于价带中的总状态数是极其微小的，导带中的电子数相对于导带中的总状态数是极其微小的，导带中的电子数相对于导带中的总状态数也是极其微小的。也是极其微小的。这样，可认为价带基本上是满的，而导这样，可认为价带基本上是满的，而导带基本上是空的，激发几率不受载流子浓度带基本上是空的，激发几率不受载流子浓度n和和p的影响。的影响。因而产生率在所有非简并情况下，基本上是相同的，因而产生率在所有非简并情况下，基本上是相同的，只是只是温度的函数，与温度的函数，与n和和p无关无关。 附加附加附加附加附加附加n、p 增加增加n、p 稳定稳定n、p 减
5、小减小n0、p0 不变不变n0、p0 不变不变不同状态时，载流子的产生率和复合率统计比较：不同状态时，载流子的产生率和复合率统计比较：载流子的产生率载流子的产生率G载流子的复合率载流子的复合率R热平衡态热平衡态产生率复合率产生率复合率注入过程注入过程注入稳定注入稳定产生率复合率产生率复合率产生率产生率 复合率复合率注入撤销注入撤销产生率产生率 复合率复合率恢复平衡恢复平衡产生率复合率产生率复合率ppnrUp001非平衡净复合率：非平衡净复合率：非平衡载流子复合率非平衡载流子复合率载流子的复合率载流子的复合率热产生率热产生率/p非平衡载流子的复合率非平衡载流子的复合率(1)(1)小注入条件下小注
6、入条件下pn0+p0 pr12000()iURGRGrnprn pr npn00,nnn pppnp 00()Ur p npp 复合过程中，寿命随非平衡载流子的浓度而变，不再是常数复合过程中，寿命随非平衡载流子的浓度而变，不再是常数寿命取决于多数载流子浓度！定义：非平衡载流子通过禁带中的杂质和缺陷能级进行的复合。定义：非平衡载流子通过禁带中的杂质和缺陷能级进行的复合。复合中心复合中心：对非平衡载流子的复合起促进作用的杂质和缺陷，复合：对非平衡载流子的复合起促进作用的杂质和缺陷，复合 中心能级越接近禁带中央，促进复合的作用也就越强。中心能级越接近禁带中央，促进复合的作用也就越强。复合中心俘获/释
7、放电子/空穴俘获和发射有关俘获和发射有关求出求出r，s关系关系寿命与哪些因素有关寿命与哪些因素有关 确定确定热平衡时，复合中心从导带俘获的电子数与复合中心热平衡时，复合中心从导带俘获的电子数与复合中心向导带发射的电子数相等向导带发射的电子数相等忽略分布函数中的简并因子：忽略分布函数中的简并因子：1exp0Ftttt0TkEENEfNnt00t0n)(nsnNnrtt非简并情况下：非简并情况下： TkEENn0Fcc0exp1n0ccnexpnrTkEENrst复合中心俘获电子的能力强复合中心俘获电子的能力强它发射电子的能力也强它发射电子的能力也强 TkEENn0tcc1exp令式（式（3-37
8、）TkEENp0tvv1exp同理可得同理可得:1pprs 第一步：第一步：r、s关系已确定，关系已确定，下一步该讨论在稳定情况下非平衡载流子的寿命与哪些因数有关。下一步该讨论在稳定情况下非平衡载流子的寿命与哪些因数有关。 1nnrs TkEENn0tcc1exp俘获和发射有关俘获和发射有关求出求出r，s关系关系寿命与哪些因素有关寿命与哪些因素有关 确定确定：费米能级与复合中心能级重合时：费米能级与复合中心能级重合时导带导带的平衡的平衡电子电子浓度浓度：费米能级与复合中心能级重合时：费米能级与复合中心能级重合时价带价带的平衡的平衡空穴空穴浓度浓度1n1p电子空穴对的净复合率：电子空穴对的净复合
9、率：2i11npn非平衡载流子的复合率非平衡载流子的复合率1p1n2ipntpprnnrnnprrNU上式是通过复合中心复合的上式是通过复合中心复合的普遍理论公式普遍理论公式甲丁甲丁 = 乙丙乙丙 电子积累电子积累 电子减少电子减少或者：甲乙丙丁或者：甲乙丙丁导带减少导带减少的电子数的电子数价带减少价带减少的空穴数的空穴数稳定条件：稳定条件：非平衡载流子的复合率甲乙丙丁非平衡载流子的复合率甲乙丙丁ppnrrNppprpnnrUp00pnt10p10n非平衡载流子的寿命非平衡载流子的寿命 （注：一种复合中心、浓度较小、稳态时）（注：一种复合中心、浓度较小、稳态时）ptp1rNntn1rN小注入条件：小注入条件：00()pnp讨论讨论（一般复合中心一般复合中心rn与与rp相差不大）：相差不大）：n型半导体型半导体(强强n型区型区)：n0p0, n1, p1p型半导体型半导体(强强p型区型区)：p0n0, n1, p100,nnn pppnp