5.1 非平衡载流子的注入与复合
热平衡态
在热平衡情形下，如果不考虑统计涨落，则 载流子浓度是恒定的。 但在外界作用下，这种情况可以被破坏。 非平衡态：系统对平衡态的偏离。
5.1.1 非平衡载流子的产生
光注入
∆n
短波长的光 h Eg n0
n= p
光照
电注入
p0
探针注入
∆p
p－n结注入
其它注入
5.3.2 间接复合
无论在n型硅或p型硅中，金都是有效的复合中心，对 少子寿命产生极大的影响。
有人用实验方法确定了在室温下：
rp=1.15107 cm3/s
rn=6.3108 cm3/s
假定硅中金的浓度为51015cm3/s， 则n型硅和p型硅的少数载流子寿命分别为
p
1 Ntrp
1.7109s
非平衡载流子在半导体中的生存时间——非平 衡载流子的寿命。
5.1.4 非平衡载流子的检测和寿命
非平衡载流子的寿命
5.1.4 非平衡载流子的检测和寿命
5.1.5 非平衡载流子随时间的变化规律
有光照时
5.2 准费米能级
5.2.1 准平衡
5.2.1 准平衡
不讨论
非平衡载流子的区间
5.2.2 准费米能级
半导体物理
Semiconductor Physics
第五章 非平衡载流子
第五章 非平衡载流子
引言
半导体中许多重要的现象，如p-n结注入、 晶体管放大、光电导、注入发光以及光 生伏特效应等都是和过剩载流子相联系 的。这一章主要介绍过剩载流子的变化 (复合和产生)和运动的规律。
引言
5.1 非平衡载流子的注入与复合 5.2 准费米能级 5.3 复合理论 5.4 陷阱效应 5.5 载流子的扩散运动 5.6 载流子的漂移运动、爱因斯坦关系式 5.7 连续性方程
大，相应的p1值则愈小。 还应该注意到nl和pl是强烈依赖于温度的．温度愈
高n1、p1愈大。
5.3.2 间接复合
nt取决于rnn, rpp, rnn1, rpp1 中较大者。
5.3.2 间接复合
5.3.2 间接复合
5.3.2 间接复合 n
np00pp01p
n0n1 n0p0
5.3.2 间接复合
体合往往是 决定材料寿命的主要过程
按能量交换方式：
辐射复合（发光） 发射声子
非辐射复合 俄歇复合
5.3.1 直接复合
电子在导带和价带之间的直接跃迁 是动态的，统计的
单位时间单位体积内复合掉的电子-空穴对数
5.3.1 直接复合
非简并时，r只与T有关，而与n、p无关
：
深能级——有效的复合中心
5.3.2 间接复合
Tm
T m exp( 1 ) T
T m exp( 1 ) T
2020/6/5
5.3.2 间接复合
俘获截面 vT
单位时间内，某个复合中心 俘获的电子（或空穴）数目
基本上和原子的大小差不多
5.3.2 间接复合
单位：10-16cm2
5.3.2 间接复合
n(q np) ——附加电导率
5.1.3 非平衡载流子的检测 光电导衰减法
设外接电阻R>>r(样品的电阻) I E (几乎不变) Rr
5.1.4 非平衡载流子的复合与寿命
外界注入撤销后，由于半导体的内部作用， 使它由非平衡态恢复到平衡态，非平衡载 流子逐渐消失——载流子的复合。
非平衡载流子的复合是由不平衡趋向平衡的 一种弛豫过程。它是一种统计性的过程。
讨论金在硅中的复合作用 金是硅中的深能级杂质，在硅中形成双重能级； 位价于带导顶带以底上0以.3下5e0V.5的4e施V的主受能主级能EtD级。EtA，和位于 硅中的金原子可以接受一个电子，形成负电中 心子A也u可，以起施受放主一作个用电，子相，应成的为能正级电就中是心EAtAu。+，金起原 施主作用，相应的能级为EtD。
5.3.2 间接复合 间接复合指的是非平衡载流子通过
复合中心的复合。 间接复合的4个基本过程
5.3.2 间接复合 （动态的，统计的）
复合率
5.3.2 间接复合
n1和p1的大小直接关系到电子和空穴的激发几率。 而Et的位置对于n1，p1的大小有决定性的影响。 Et越靠近导带，则激发电子所需能量愈小，n1值愈
晶格弛豫 （<10-10s）
复合 （～μs）
5.2.2 准费米能级
电子子系统与晶格平衡
—
—
E
n F
空穴子系统与晶格平衡
—
—
E
p F
但电子子系统和空穴子系统不平衡
“准平衡”
非平衡时：
偏离热平 衡的程度
5.2.2 准费米能级
对于n型半导体，小注入时
5.3 复合理论
复合的分类 按复合过程： 直接复合 间接复合
n型：p0<n<n0，或p型：n0<n<p0
5.1.1 非平衡载流子的产生
非平衡少数载流子更重要 以小注入为例
p-n结电流（6.2）！！
5.1.2 非平衡时的附加电导
热平衡时： 0p0qpn0qn
非平衡时： pqpnqn
(p0 p)qp (n0 n)qn n0qn p0qp nq(n p) 0
5.1.1 非平衡载流子的产生
非平衡载流子的表示 产生的非平衡载流子一般都用n，p来表示 。 达到动态平衡后： n=n0+n p=p0+p n0，p0为热平衡时电子浓度和空穴浓度 ， n，p为非平衡载流子浓度。
5.1.1 非平衡载流子的产生
大注入和小注入 注入的非平衡载流子浓度大于平衡时的多子浓 度，称为大注入。 n型：n>n0，p型：p>p0 注入的非平衡载流子浓度大于平衡时的少子浓 度，小于平衡时的多子浓度，称为小注入。
5.3.1 直接复合
5.3.1 直接复合
5.3.1 直接复合
影响τ的因素 多子浓度 复合几率r （一般地说，禁带宽带越小，直接复合的几率越大。） 非平衡载流子浓度
得到的寿命值比实验结果大的多。这说明对 于硅、锗寿命还不是由直接复合过程所决定， 一定有另外的复合机构起着主要作用，决定 着材料的寿命，这就是间接复合。
5.3.2 间接复合
但是，金在硅中的两个能级并不是同时起作用的。 在n型硅中，只要浅施主杂质不是太少，费米能级
总是比较接近导带的，电子基本上填满了金的能级， 即金接受电子成为Au 。所以，在n型硅中，只有 受主能级EtA起作用。 而在p型硅中，金能级基本上是空的，金释放电子 成为Au+，因而，只存在施主能级EtD。