非热平衡状态下的半导体.docx

1、非热平衡状态下的半导体第 3 章 非热平衡状态下的半导体1、对硼浓度为 NA=51016cm-3的 Si 样品，室温下一恒定光源在其中均匀地产生密度为 1015cm-3、寿命为 5s的额外载流子。请问： (a)此 Si 样品的少子是什么导电类型？ (b)光 照关闭后 10s时少子密度还有多少？解：(a)此样品的少子导电类型是 n 型。(b)已知光照停止后额外载流子密度的衰减规律为n(t) ne t/将 n 1015cm-3，5 s， t 10 s代入公式可得t/ 15 10 5 14 3n(t) ne 10 e 1.35 10 (cm )15 14 14 3因此剩余的少子浓度为1015 1.3

2、5 1014 8.65 1014(cm 3)2、 接上题， 若该样品光照前 (t0 处电子的浓度和空穴的浓度。解：由于 n n0 所以是小注入对于 n 型半导体，小注入条件下111 1710 11 1017101rn0如果硅棒足够厚，非平衡载流子所遵循的扩散方程为p(x) ( p)0 exp(xL ) ; n(x)Lp( n)0 exp(Lxn)其中 Lp D p 10 106 3.2310 3cm; LnDn 25 10 6 5 10 3cm所以 x0 处空穴的浓度为：p(x) p0p(x)17 151017 1015 exp(x 3 )cm 33.2 10 3所以 x0 处电子的浓度为：1

3、03 1015 exp(x3 3 )cm5 10 3 如果硅棒厚度一定为 W 时，非平衡载流子所遵循的扩散方程为 xx p(x) ( p)0 exp(1 Wx ); n(x) ( n)0 exp(1 Wx )n(x) n0n(x)所以 x0 处空穴的浓度为：p(x) p0 p(x) 1017 1015exp(1 Wx)cm 3所以 x0 处电子的浓度为：n(x) n0 n(x) 103 1015 exp(1 x)cm 311、 一块施主浓度为 2 1016 cm-3 的硅片，含均匀分布的金，浓度为 3 1015 cm-3，表面复合 中心密度为 1010cm-2，已知硅中金的 rp=1.15 1

4、0-7cm3/s ，表 面复合中心 的 rS=2 10-6cm3/s，求：( a)小注入条件下的少子寿命、扩散长度和表面复合速度； b)在产生率 G=1017/s.cm3 的均匀光照下的表面空穴密度和表面空穴流密度。解： a) 小注入条件下的少子寿命1 7 15 8.7 10 9 srpNt由总杂质浓度Ni ND NT16 152 1016 101516 32.1 1016 cm 3 查图知该硅片中少数载流子的迁移率 p500cm3 / Vs，因而扩散系数DPkT1p 40 500212.5 cm 2 /s扩散长度Lp Dp p12.5 8.7 10 93.310 4 cm表面复合速度：Sp

5、rp Nst7 101.15 10 7 10101.15103cm/ s2)按式 (5-162) ，均匀光照下考虑表面复合的空穴密度分布S pp p(x) p0 pgp1 L SLp Spxe Lp p因而表面( x=0 )处的空穴密度p(0)Sp p0 pgp1 L pppp式中 p0=ni2/n0，考虑到金在 n 型 Si中起受主作用， n0=NDNT=1.9 1016 /cm3，故p02ni21.9 1016(1.15 1010 ) 21.9 10161.18 104cm 31.15 10 7 1015代入数据得表面空穴密度p(0) 1.184 9 17104 8.7 10 9 1017

6、 (11.15 103 8.7 10 9 )4 3 9)2.76 10 4 1.15 103 8.7 10 98.4 108cm 3因为 p0 1.38e-4 cm75% 不被吸收时为 d 2.88e-5 cm20、 考虑用光子能量 hv=1.9eV 的光入射一个 p=10ns 的 n 型砷化镓样品。 (a) 希望表面附近 的稳态额外载流子密度 p=1015cm-3，计算所需的入射功率密度 (不计表面效应和表面反 射 )。(b) 在表面以下什么位置， 产生率下降到表面处的 20%。(吸收系数可参考图 3-13 )。 解：(a)能量为 hv=1.9eV 的光子的波长为 0.65m，查表可知， 此时的吸收系数 ,3 104cm-1 稳定状态下，产生率 G p 1023 cm 3 /s所以入射功率密度 P Gh 3040W(b)根据 I I 0e d可知 d= 5.36e-5 cm