刘恩科半导体物理第五章-非平衡载流子

非平衡载流子定义寿命，复合理论，扩散运动

非平衡载流子

• 定义：光照或电子注入等非平衡态下的载流子
• 非平衡载流子寿命：非平衡载流子浓度减小到原值1/e所经历的时间
  • HIT：2 ms
• 准费米能级：非平衡态下费米能级的动态变化
• 非平衡载流子的复合理论
  • 按过程分
    • 直接复合：导带和价带之间的直接复合
      • 本征的硅锗载流子寿命为3.5s和0.3s，但实测为几毫秒，所以直接复合不是决定因素
    • 间接复合：禁带区能级上的复合中心
      • 越靠近禁带中心的深能级
  • 按复合的位置分
    • 体内复合
    • 表面复合
  • 按释放能量方式分
    • 发射光子：辐射复合
    • 发射声子：能量传递给晶格振动
    • 俄歇复合：能量传递给其他载流子
• 陷阱效应
  • 电子陷阱：费米能级以上的能级，越接近费米能级，陷阱效应越显著
  • 空穴陷阱：费米能级以下的能级，越接近费米能级，陷阱效应越显著
  • 大大增长非平衡态到平衡态的弛豫时间
• 载流子的扩散运动
  • 非平衡态下载流子浓度差异
  • 扩散长度：非平衡载流子深入样品的平均距离
  • 扩散系数：存在浓度梯度时载流子运动的难易程度
  • 探针效应
  • 爱因斯坦关系式：扩散系数与迁移率之间的定量关系
  • 迁移率：载流子在电场作用下运动难易程度
  • 由迁移率数据可以得到扩散系数
• 载流子的运动
  • 漂移运动
  • 扩散运动
  • 散射
• Si的少子扩散长度可达1微米，少子寿命可达毫秒级