文档介绍：第四章非平衡载流子
准费米能级
非平衡载流子寿命
非平衡载流子复合机制
复合和陷阱
非平衡载流子的漂移与扩散
爱因斯坦关系
电中性条件
连续性方程及某些解
非平衡载流子的俘获、复合、扩散和漂移!
非平衡和非平衡载流子
上面一章讲的是在外加电场比较低的情况下,这时半导体的热平衡已经被破坏,但是电场仅仅改变载流子的运动速度而没有改变载流子的浓度。
本章讲述的是有足够大的外加激发,使载流子的浓度发生变化的情况。
非平衡载流子的产生
光注入
电注入
准热平衡
由于非平衡载流子平均生存的时间(约秒)比载流子的平均自由时间(约秒)长得多,所以被激发出来电子和空穴会很快通过散射使子系统内部分别达到准热平衡(约秒),而子系统互相之间却不能达到平衡,这段时间为准热平衡。
准费米能级
在非平衡载流子生存的大部分时间内,子系统准平衡条件成立,因此子系统内部可以应用平衡态统计理论,对子系统可以引用准费米能级。
这时载流子浓度可以写成:
非平衡少数载流子的准费米能级变化大
电子和空穴的准费米能级分别是和
显然多数载流子和少数载流子准费米能级变化的方向相反,非平衡少数载流子的准费米能级变化大。
两种载流子的准费米能级趋向一致就意味着两个子系统之间趋向热平衡。
非平衡载流子的寿命
非平衡载流子产生以后,一旦产生的源头消失,非平衡载流子就要逐步减少,趋向于恢复平衡状态。非平衡载流子从产生到消失的平均时间称为非平衡载流子的寿命。
实际上,平衡载流子也是有寿命的。在一定温度下,由于热激发不断产生载流子同时也有载流子不断复合消失,两者达到平衡,从统计平均的角度讲这时载流子浓度不变。
必须详细分析非平衡载流子的各种产生复合过程,才能正确地计算出非平衡载流子的寿命。
非平衡载流子的产生和复合过程必须满足能量守恒和动量守恒。
非平衡载流子的衰减
非平衡载流子产生以后,一旦产生的源头消失,非平衡载流子就会逐步衰减。计算表明非平衡载流子衰减到e分之一所需的时间就是非平衡载流子的寿命时间。
非平衡载流子复合的类型
体内
位置
表面
带间复合(主要发生在直接能带半导体)
过程
复合中心复合(主要发生在间接能带半导体)
发射或吸收光子(直接能带、发光复合中心)
能量交换发射或吸收声子(间接能带、无辐射复合中心)
载流子之间交换能量(俄歇复合,高载流子浓度)
计算寿命就是要在能量守恒和动量守恒的前提下计算能级之间的跃迁几率。