非平衡载流子的产生与复合.pptx

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5.1非平衡载流子的产生与非平衡载流子的产生与复合复合教学要求教学要求1掌掌握握概概念念：

非非平平衡衡多多子子、非非平平衡衡少少子子、净净复复合合率率、寿命。

寿命。

2理解方程式理解方程式（5.1-7）所包含的物理意义。

所包含的物理意义。

3记忆公式记忆公式（5.1-8）并理解其物理意义。

并理解其物理意义。

4了解推导公式了解推导公式（5.1-10）的基本物理思想。

的基本物理思想。

15.1非平衡载流子的产生与复合非平衡载流子的产生与复合2半导体物理学简明教程孟庆巨等编著.电子工业出版社5.1.1非平衡载流子的非平衡载流子的产生产生3半导体物理学简明教程孟庆巨等编著.电子工业出版社非平衡多非平衡多子子、非非平衡平衡少少子子4半导体物理学简明教程孟庆巨等编著.电子工业出版社附加光电导附加光电导率（光电导）率（光电导）光光照照产产生生的的非非平平衡衡载载流流子子可可以以增增加加半半导导体体的的电电导率导率（5.1-4）称为称为附加光电导率附加光电导率（或简称或简称光电导光电导）。

用用光光照照射射半半导导体体产产生生非非平平衡衡载载流流子子的的方方法法称称为为载流子的光注入载流子的光注入。

5半导体物理学简明教程孟庆巨等编著.电子工业出版社低水平注入（小注入）低水平注入（小注入）6半导体物理学简明教程孟庆巨等编著.电子工业出版社低水平注入（小注入）低水平注入（小注入）从从表表5.1可可以以看看出出，虽虽然然多多子子电电子子浓浓度度的的变变化化是是可可以以忽忽略略的的，但但少少子子空空穴穴的的浓浓度度却却增增加加了了几几个个数数量量级级。

非非平平衡衡载载流流子子在在数数量量上上对对多多子子和和少少子子的的影影响响具具有有很很大大的的差差别。

别。

7半导体物理学简明教程孟庆巨等编著.电子工业出版社高水平高水平注入注入（大注入（大注入）8半导体物理学简明教程孟庆巨等编著.电子工业出版社5.1.2非平衡载流子的非平衡载流子的复合复合非非平平衡衡载载流流子子是是在在外外界界作作用用下下产产生生的的，它它们们的的存存在在相相应应于于非非平平衡衡情情况况。

当当外外界界作作用用撤撤除除以以后后，由由于于半半导导体体的的内内部部作作用用，非非平平衡衡载载流流子子将将逐逐渐渐消消失失，也也就就是是导导带带中中的的非非平平衡衡电电子子落落入入到到价价带带的的空空状状态态中中，使使电电子子和和空空穴穴成成对对消消失失，这这个个过过程称为程称为非平衡载流子的复合非平衡载流子的复合。

通通常常把把单单位位时时间间、单单位位体体积积内内产产生生的的载载流流子子数数称称为为载载流流子子的的产产生生率率，而而把把单单位位时时间间、单单位位体体积内复合的载流子数称为积内复合的载流子数称为载流子的复合率载流子的复合率。

9半导体物理学简明教程孟庆巨等编著.电子工业出版社热平衡情况热平衡情况在在热热平平衡衡情情况况下下，由由于于半半导导体体的的内内部部作作用用，产产生生率率和和复复合合率率相相等等，产产生生与与复复合合之之间间达达到到相相对对平衡，使载流子浓度维持一定。

平衡，使载流子浓度维持一定。

10半导体物理学简明教程孟庆巨等编著.电子工业出版社非平衡情况非平衡情况当当有有外外界界作作用用时时（例例如如光光照照），产产生生与与复复合合之之间间的的相相对对平平衡衡被被破破坏坏，产产生生率率将将大大于于复复合合率率，使使半半导导体体中中载载流流子子的的数数目目增增多多，即即产产生生非非平平衡衡载载流流子子。

随随着着非非平平衡衡载载流流子子数数目目的的增增多多，复复合合率率将将增增大大，当当产产生生和和复复合合这这两两个个过过程程的的速速率率相相等等时时，非非平衡载流子数目不再增加，达到稳定值。

平衡载流子数目不再增加，达到稳定值。

在在外外界界作作用用撤撤除除以以后后，复复合合率率超超过过产产生生率率，结结果果使使非非平平衡衡载载流流子子逐逐渐渐减减少少，最最后后恢恢复复到到热热平衡情况平衡情况。

11半导体物理学简明教程孟庆巨等编著.电子工业出版社非平衡载流子的寿命非平衡载流子的寿命12半导体物理学简明教程孟庆巨等编著.电子工业出版社13半导体物理学简明教程孟庆巨等编著.电子工业出版社14半导体物理学简明教程孟庆巨等编著.电子工业出版社15半导体物理学简明教程孟庆巨等编著.电子工业出版社非平衡载流子寿命推导非平衡载流子寿命推导16半导体物理学简明教程孟庆巨等编著.电子工业出版社测量光电导的方法确定非平衡载流子的寿命测量光电导的方法确定非平衡载流子的寿命17半导体物理学简明教程孟庆巨等编著.电子工业出版社5.2直直接接复复合合教学要求教学要求1掌掌握握概概念念：

直直接接复复合合、间间接接复复合合、直直接接辐辐射射复复合合（带间辐射复合带间辐射复合）、复合中心、非辐射复合。

、复合中心、非辐射复合。

2用能带图表示出直接复合过程中的载流子跃迁过程。

用能带图表示出直接复合过程中的载流子跃迁过程。

18半导体物理学简明教程孟庆巨等编著.电子工业出版社非平衡载流子复合分类非平衡载流子复合分类非非平平衡衡载载流流子子复复合合可可能能发发生生在在半半导导体体内内部部，也也可可能能发发生生在在半半导导体体表表面面。

前前者者称称为为体内复合体内复合，后者称为，后者称为表面复合表面复合。

非非平平衡衡载载流流子子的的体体内内复复合合过过程程，就就电电子子和和空空穴穴所所经经历历的的状状态态来来说说，可可以以分分为为直直接复合接复合和和间接复合间接复合两种类型。

两种类型。

19半导体物理学简明教程孟庆巨等编著.电子工业出版社直接复合直接复合在在直直接接复复合合过过程程中中，电电子子由由导导带带直直接接跃跃迁迁到到价价带带的的空空状状态态，使使电电子子和和空空穴穴成成对对消消失失。

直直接接复复合合也也称称为为带带间间复复合合。

如如果果直直接接复复合合过过程程中中同同时时发发射射光光子子，则则称称为为直直接接辐辐射射复复合合或或带带间间辐辐射射复复合合。

20半导体物理学简明教程孟庆巨等编著.电子工业出版社直接复合复合率直接复合复合率在在直直接接复复合合过过程程中中，单单位位时时间间、单单位位体体积积半半导导体体中中复复合合掉掉的的电电子子-空空穴穴对对数数，即即复复合合率率R应应当当与与电电子子浓浓度度n和和空空穴穴浓浓度度p成成正正比比。

引入比例系数引入比例系数，则，则（5.2-1）r称称为为概概率率系系数数或或复复合合系系数数。

在在一一定定温温度度下下，有有完完全全确确定定的的值值，与与电电子子和和空空穴穴的的浓浓度度无无关。

关。

21半导体物理学简明教程孟庆巨等编著.电子工业出版社产生率产生率直直接接复复合合过过程程的的逆逆过过程程是是电电子子-空空穴穴对对的的产产生生过过程程。

它它是是价价带带电电子子激激发发到到导导带带中中的的空空状状态态的的过过程程。

单单位位时时间间、单单位位体体积积半半导导体体中中产产生生的的电电子子-空空穴穴对数叫做对数叫做产生率产生率。

22半导体物理学简明教程孟庆巨等编著.电子工业出版社非非简并情况下的产生率简并情况下的产生率23半导体物理学简明教程孟庆巨等编著.电子工业出版社净复合净复合率率、非平衡载流子寿命、非平衡载流子寿命24半导体物理学简明教程孟庆巨等编著.电子工业出版社非平衡载流子寿命非平衡载流子寿命分类讨论分类讨论25半导体物理学简明教程孟庆巨等编著.电子工业出版社非平衡载流子非平衡载流子寿命分类讨论寿命分类讨论26半导体物理学简明教程孟庆巨等编著.电子工业出版社5.3通过复合中心的复合通过复合中心的复合教学要求教学要求1说明通过复合中心复合的物理机制。

说明通过复合中心复合的物理机制。

2了解通过复合中心复合的四种过程。

了解通过复合中心复合的四种过程。

3熟悉肖克莱熟悉肖克莱-瑞德公式瑞德公式（5.3-27）。

4熟悉寿命公式熟悉寿命公式（5.3-31）。

5了解金在硅中的复合作用及掺金的实际意义了解金在硅中的复合作用及掺金的实际意义。

27半导体物理学简明教程孟庆巨等编著.电子工业出版社间接复合间接复合原理原理间间接接复复合合过过程程中中最最主主要要的的是是通通过过复复合合中中心心的的复复合合。

所所谓谓复复合合中中心心指指的的是是晶晶体体中中的的一一些些杂杂质质或或缺缺陷陷，它它们们在在禁禁带带中中引引入入离离导导带带底底和和价价带带顶顶都都比比较较远远的的局局域域化化能能级级，即即复合中心能级复合中心能级。

在在间间接接复复合合过过程程中中，电电子子跃跃迁迁到到复复合合中中心心能能级级，然然后后再跃迁到价带的空状态，使电子和空穴成对消失再跃迁到价带的空状态，使电子和空穴成对消失。

换换一一种种说说法法是是，复复合合中中心心从从导导带带俘俘获获一一个个电电子子，再再从从价价带带俘俘获获一一个个空空穴穴，完完成成电电子子-空空穴穴对对的的复复合合。

电电子子-空空穴对的产生过程也是通过复合中心分两步完成的穴对的产生过程也是通过复合中心分两步完成的。

28半导体物理学简明教程孟庆巨等编著.电子工业出版社5.3.1载流子通过复合中心的产生和复合载流子通过复合中心的产生和复合过程过程通过通过复合中心的复合和产生有四种复合中心的复合和产生有四种过程过程a）电子电子被复合中心俘获的被复合中心俘获的过程过程；b）电电子子的的产产生生过过程程，它它表表示示复复合合中中心心上上的的电电子子激激发发到到导带的空导带的空状态状态；c）空穴空穴被复合中心俘获的被复合中心俘获的过程过程；d）空空穴穴的的产产生生过过程程，它它表表示示复复合合中中心心上上的的空空穴穴跃跃迁迁到到价带或者说价带电子跃迁到复合中心的空状态。

价带或者说价带电子跃迁到复合中心的空状态。

29半导体物理学简明教程孟庆巨等编著.电子工业出版社（a）电子的俘获电子的俘获过程过程30半导体物理学简明教程孟庆巨等编著.电子工业出版社（b）电子的产生电子的产生过程过程31半导体物理学简明教程孟庆巨等编著.电子工业出版社（b）电子的产生电子的产生过程过程32半导体物理学简明教程孟庆巨等编著.电子工业出版社（b）电子的产生过程）电子的产生过程33半导体物理学简明教程孟庆巨等编著.电子工业出版社（c）空穴的俘获空穴的俘获过程过程34半导体物理学简明教程孟庆巨等编著.电子工业出版社（d）空穴的产生空穴的产生过程过程35半导体物理学简明教程孟庆巨等编著.电子工业出版社（d）空穴的产生过程）空穴的产生过程36半导体物理学简明教程孟庆巨等编著.电子工业出版社（d）空穴的产生过程）空穴的产生过程37半导体物理学简明教程孟庆巨等编著.电子工业出版社5.3.2净复合净复合率率式式（5.3-1）和和式式（5.3-8）分分别别代代表表电电子子在在导导带带和和复复合合中中心心能能级级之之间间跃跃迁迁引引起起的的俘俘获获和和产产生生过程，从中可以得出过程，从中可以得出电子的净俘获率电子的净俘获率（5.3-16）过过程程c和和d可可以以看看成成是是空空穴穴在在价价带带和和复复合合中中心心能能级级的的跃跃迁迁所所引引起起的的俘俘获获和和产产生生过过程程。

于是于是空穴的净俘获率空穴的净俘获率为为（5.3-17）38半导体物理学简明教程孟庆巨等编著.电子工业出版社5.3.2净复合率净复合率39半导体物理学简明教程孟庆巨等编著.电子工业出版社5.3.2净复合率净复合率40半导体物理学简明教程孟庆巨等编著.电子工业出版社（5.3-23）式式（5.3-23）就是通过复合中心复合的净复合率公式。

就是通过复合中心复合的净复合率公式。

41半导体物理学简明教程孟庆巨等编著.电子工业出版社42半导体物理学简明教程孟庆巨等编著.电子工业出版社5.3.3小信号寿命公式小信号寿命公式肖克利肖克利-瑞德瑞德公式公式43半导体物理学简明教程孟庆巨等编著.电子工业出版社复合中心复合中心能级能级位置位置对寿命的影响对寿命的影响44半导体物理学简明教程孟庆巨等编著.电子工业出版社复合中心复合中心能级能级位置对位置对寿命的影响寿命的影响45半导体物理学简明教程孟庆巨等编著.电子工业出版社费米能级位置对寿命的影响费米能级