半导体物理 第五章 非平衡载流子2

1、1、非平衡载流子的产生 2、非平衡载流子的复合 3、非平衡载流子的运动规律第五章 非平衡载流子 Carrier concentrations in unequilibrium重 点5.4 复 合 理 论 Theory of Recombination KEY：寿命的唯象理论（1）直接复合 （2）间接复合（1）直接复合Theory of Recombination（2）间接复合Theory of Recombination定 义1、带间直接复合 Theory of Recombination复合率 （1） 假设复合中心浓度多子浓度，n = p 则过剩载流子的净复合率 Ud=R-G =r（np-n

2、0p0） =r（n0+ n ）（p 0+ p ）- n0p0 r（ n0+ p 0 ）+ r（ p ）2 其中，r是电子空穴的复合几率，与n和p无关。 热平衡时： （2）Theory of Recombination所以，过剩载流子的寿命即 Udr（ n0+ p 0 ）+r（ p ）2 （3）Theory of Recombination讨论Theory of Recombination常 数Theory of RecombinationTheory of RecombinationTheory of Recombination(2)大信号情况：通过杂质或缺陷能级Et而进行的复合（1）俘获与发

3、射： Nt ：复合中心的浓度 nt：复合中心能级Et上的电子浓度 Nt- nt ：未被电子占据的复合中心的浓度2、间接复合 Theory of Recombination 俘获电子 发射电子 俘获空穴 发射空穴 电子俘获率： 电子产生率： 空穴俘获率： 空穴发射率： Rn=rnn（Nt-nt） Gn=s-nt Rp=rppnt Gp=s+（ Nt-nt ） rn:电子俘获系数 s-:电子激发概率 rp:空穴俘获系数 s+:空穴激发概率Theory of Recombination：复合中心能级上积累电子：复合中心能级上减少电子平衡时：微观过程必须抵消，即电子产生率等于电子俘获率， n0和nt0

4、分别为平衡时导带电子浓度和复合中心能级Et上的电子浓度忽略简并因子：非简并情况下：由以上三式得：n1是费米能级EF与复合中心Et能级重合时导带的平衡电子浓度由以上得：电子产生率=rnn1nt由过程经 以上过程同样分析得：空穴产生率=rpp1(Nt-nt)p1是费米能级EF与复合中心Et能级重合时价带的平衡空穴浓度稳定情况：必须保持复合中心上的电子数不变，即：nt为常数+=+把电子俘获率，电子产生率，空穴俘获率，空穴产生率代入得：解得复合中心Et上的电子浓度：稳定条件：- =- 表示单位体积，单位时间导带减少的电子数等于 价带减少的空穴数，即电子-空穴对的净复合率非平衡载流子的复合率： - =-

5、 把n1p1=ni2，nt带入上式得：非平衡载流子的复合率：Theory of Recombination在非平衡时，复合中心对电子的净俘获率 Un=Rn-Gn （7） 复合中心对空穴的净俘获率 Up=Rp-Gp （8） Theory of Recombination在稳态时:Un=Up （9）Theory of Recombination（2）非平衡载流子的净复合率U U=Rn-Gn=Rp-Gp （11）可见： （1）在热平衡时，np=n0p0 U=0 （2）在非平衡时，npn0p0 U0 Theory of Recombination而非平衡载流子的寿命为:Theory of Recomb

6、ination在小注入（ p(n0+p0)）下，关于寿命的讨论：Theory of RecombinationTheory of RecombinationTheory of Recombinationrn=rpTheory of Recombination rn=rp rn0 Ev Ei Et Ec rp0 EFTheory of RecombinationTheory of Recombination(3)俘获截面Theory of RecombinationU用俘获截面表示：3、表面复合 Theory of Recombination表面电子能级（表面能级）：表面吸附的杂质或其它损伤形成的缺陷态，它们在表面处的禁带中形成电子能级。Theory of RecombinationTheory of Recombination表面复合率：Theory of Recom