材料科學(xué)晶體硅太陽(yáng)電池設(shè)計(jì)半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)PPT課件

1、典型的電阻率如下：第1頁(yè)/共33頁(yè)有哪些半導(dǎo)體？第2頁(yè)/共33頁(yè) 元素半導(dǎo)體（element）：由一種材料形成的半導(dǎo)體物質(zhì)。 化合物（compolund）半導(dǎo)體：由兩種或兩種以上元素形成的物質(zhì)。 二元化合物1.GaAs 砷化鎵2.SiC 碳化硅3.Zns 硫化鋅4.GaN 氮化鎵 三元化合物1.AlGa11As 砷化鎵鋁2.AlIn11As 砷化銦鋁第3頁(yè)/共33頁(yè)孤立硅原子的圖示第4頁(yè)/共33頁(yè)第5頁(yè)/共33頁(yè)本征半導(dǎo)體當(dāng)半導(dǎo)體中的雜質(zhì)遠(yuǎn)小于由熱產(chǎn)生的電子空穴時(shí)，此種半導(dǎo)體稱為本征半導(dǎo)體（Intrinsic Semiconductor）此時(shí)EF在禁帶中央。第6頁(yè)/共33頁(yè)非本征半導(dǎo)體當(dāng)半導(dǎo)體

2、被摻入雜質(zhì)時(shí)，本征半導(dǎo)體就成為非本征（extrinsic）半導(dǎo)體。第7頁(yè)/共33頁(yè)施主與受主 施主：當(dāng)雜質(zhì)摻入半導(dǎo)體中時(shí)，若能釋放一個(gè)電子，這種雜質(zhì)被稱為施主。如，磷，砷就是硅的施主。 受主：當(dāng)雜質(zhì)摻入半導(dǎo)體中時(shí)，若能在半導(dǎo)體中產(chǎn)生一個(gè)空穴，這種雜質(zhì)稱為受主。如，硼，鋁就是硅的受主。第8頁(yè)/共33頁(yè)N型半導(dǎo)體 以電子為多數(shù)導(dǎo)電載流子的半導(dǎo)體稱為N型半導(dǎo)體，電子為多子，空穴為少子。第9頁(yè)/共33頁(yè)P(yáng)型半導(dǎo)體以空穴為多數(shù)導(dǎo)電載流子的半導(dǎo)體稱為P型半導(dǎo)體，空穴為多子，電子為少子。第10頁(yè)/共33頁(yè)本征半導(dǎo)體的載流子濃度1.ni=n0=p02.n0 p0= ni2 熱平衡條件第11頁(yè)/共33頁(yè)非本征半

3、導(dǎo)體的載流子濃度一般情況下： DnNn0APNP0 第12頁(yè)/共33頁(yè) 電阻率與雜質(zhì)濃度的關(guān)系： n型半導(dǎo)體： p型半導(dǎo)體： 本征半導(dǎo)體： pnpqnq1nnq1ppq1)(1pniqn第13頁(yè)/共33頁(yè)平衡載流子處于熱平衡狀態(tài)的半導(dǎo)體，在一定溫度下，載流子濃度是一定的，這種處于熱平衡狀態(tài)下的載流子濃度，稱為平衡載流子濃度。)exp(0KTEEnniFi)exp(0KTEEnPFiin0 p0= ni2第14頁(yè)/共33頁(yè)非平衡載流子處于非平衡狀態(tài)的半導(dǎo)體，其載流子濃度也不再是n0和p0，可以比他們多出一部分，多出這部分載流子稱為非平衡載流子，用n和p 表示。第15頁(yè)/共33頁(yè)光照產(chǎn)生非平衡載流

4、子 第16頁(yè)/共33頁(yè)非平衡載流子的壽命非平衡載流子平均生存的時(shí)間稱為非平衡載流子的壽命。由于相對(duì)于非平衡多數(shù)載流子，非平衡少數(shù)載流子的影響處于主導(dǎo)地位，因而非平衡載流子的壽命常稱為少數(shù)載流子壽命。teptp0)()(第17頁(yè)/共33頁(yè)復(fù)合理論 直接復(fù)合（direct recombination） 間接復(fù)合（indirect recombination） 表面復(fù)合（surface recombination）第18頁(yè)/共33頁(yè)直接復(fù)合 由電子在導(dǎo)帶與價(jià)帶間直接躍進(jìn)而引起的非平衡載流子的復(fù)合過程。第19頁(yè)/共33頁(yè)間接復(fù)合非平衡載流子通過復(fù)合中心的復(fù)合。第20頁(yè)/共33頁(yè)表面復(fù)合 是指在半導(dǎo)體表

5、面發(fā)生的復(fù)合過程表面處的雜質(zhì)和表面處特有的缺陷也在禁帶形成復(fù)合中心能級(jí)，因而，就復(fù)合機(jī)構(gòu)講，表面復(fù)合仍然是間接復(fù)合。實(shí)際測(cè)得的少子壽命應(yīng)是體內(nèi)復(fù)合和表面復(fù)合的綜合結(jié)果。設(shè)這兩種復(fù)合是單獨(dú)平行發(fā)生的。用 表示體內(nèi)復(fù)合，用 表示表面復(fù)合。總的復(fù)合機(jī)率為： 稱為有效壽命。sb111sb第21頁(yè)/共33頁(yè)復(fù)合過程中能量的釋放載流子復(fù)合時(shí)，一定要釋放多余的能量，放出能量的方法有三種：1.發(fā)射光子，即伴隨著復(fù)合，將有發(fā)光現(xiàn)象，常稱為發(fā)光復(fù)合或輻射復(fù)合。2.發(fā)射聲子，載流子將多余的能量傳給晶格，加強(qiáng)晶格的振動(dòng)（使硅體發(fā)熱）。3.將能量給予其它載流子，增加它們的動(dòng)能，稱為俄歇（Auger）復(fù)合 第22頁(yè)/共3

6、3頁(yè)二P-NP-N結(jié)P-N結(jié)是怎么形成的？在一塊n 型（或P型）半導(dǎo)體上，用適當(dāng)?shù)墓に嚪椒ò裀型（或n型）雜質(zhì)摻入其中，使不同區(qū)域分別具有n型和p型的導(dǎo)電類型，在二者的交界處就形成了p-n結(jié)。第23頁(yè)/共33頁(yè)2.P-N結(jié)的雜質(zhì)分布第24頁(yè)/共33頁(yè)3.能帶圖（Band diagram）第25頁(yè)/共33頁(yè)4.平衡PN結(jié)的電場(chǎng)，電勢(shì)和結(jié)寬（以突變結(jié)為例） 電荷分布： xNNDxqx0 0 xqxxNpA第26頁(yè)/共33頁(yè)5.不同偏壓條件下，P-N結(jié)的能帶圖第27頁(yè)/共33頁(yè)P(yáng)-N結(jié)的電流電壓特性理想特性，4個(gè)假設(shè)：1.耗盡區(qū)為突變邊界2.小注入 3.耗盡區(qū)內(nèi)無產(chǎn)生和復(fù)合4.邊界載流子濃度和結(jié)的靜電勢(shì)有關(guān) 1expkTqvJJSLnDLpDJnPnpnPSqq00第28頁(yè)/共33頁(yè)P(yáng)-N結(jié)理想曲線第29頁(yè)/共33頁(yè)引起理想曲線與實(shí)際曲線差別的主要原因有： 表面效應(yīng) 勢(shì)壘區(qū)中的產(chǎn)生及復(fù)合 大注入條件 串聯(lián)電阻效應(yīng)非理想的P-N結(jié)電流電壓特性第30頁(yè)/共33頁(yè)第31頁(yè)/共33頁(yè)一般而言，擴(kuò)散電流的特點(diǎn)是：它與 成正比復(fù)合電流的特點(diǎn)是：它與 成正比實(shí)際結(jié)果可以被表示成： u n稱為理想系數(shù)（ideality factor） 當(dāng)理想擴(kuò)散電流占優(yōu)勢(shì)時(shí)：n=1 當(dāng)復(fù)合電