高二物理競賽產(chǎn)生和復(fù)合課件

1、

產(chǎn)生和復(fù)合產(chǎn)生電子和空穴（載流子）被創(chuàng)建的過程產(chǎn)生率（G）：單位時間單位體積內(nèi)所產(chǎn)生的電子—空穴對數(shù)復(fù)合電子和空穴（載流子）消失的過程復(fù)合率（R）：單位時間單位體積內(nèi)復(fù)合掉的電子—空穴對數(shù)產(chǎn)生和復(fù)合會改變載流子的濃度，從而間接地影響電流平衡載流子與非平衡載流子產(chǎn)生與復(fù)合非平衡載流子的注入機制小注入條件非平衡載流子的壽命與凈復(fù)合率非平衡載流子壽命的測量準費米能級平衡態(tài)與非平衡態(tài)準費米能級熱平衡時非簡并半導(dǎo)體：

統(tǒng)一的費米能級是熱平衡狀態(tài)的標志非平衡狀態(tài)下：

非平衡載流子能量晶格基本熱平衡很快分別具有平衡態(tài)時能量分布和速度分布

τ值越大，非平衡載流子復(fù)合得愈慢；

τ越小，則復(fù)合越快（壽命短衰減快）。相對非平衡多數(shù)載流子而言，非平衡少數(shù)載流子的影響處于主導(dǎo)的、決定的地位，因此，非平衡載流子的壽命常稱為少數(shù)載流子壽命。τ與非平衡載流子的復(fù)合速率有關(guān)?？梢远x復(fù)合率—單位時間內(nèi)復(fù)合掉的非平衡子濃度，即單位時間單位體積凈復(fù)合消失的電子—空穴對復(fù)合速率與非平衡載流子的濃度成正比。教材中未提，為表示方便，本課件中定義這個比例系數(shù)為P非平衡載流子隨時間的衰減0τt非平衡載流子的壽命τ設(shè)t時刻，非平衡載流子濃度為p(t)

非平衡載流子在單位時間內(nèi)被復(fù)合消失的幾率為1/τ

。復(fù)合率為Δp/τ非平衡載流子平均生存的時間，就是濃度減小到原值的1／e所經(jīng)歷的時間每個非平衡載流子生存時間不同，其平均生存時間為：非平衡載流子注入，就不再存在統(tǒng)一的費米能級。在導(dǎo)帶和價帶之間，由于能量差別較大，不易達到平衡。但在同一能帶內(nèi)，由于載流子之間的相互散射，很快就可以達到平衡。即可認為導(dǎo)帶和價帶內(nèi)部各自基本上處于平衡，稱為準平衡。可以有各自的費米能級EFn和EFp，稱為準費米能級。但導(dǎo)帶和價帶之間不平衡，所以EFn和EFp不一樣。局部費米能級（準費米能級）：導(dǎo)帶、價帶費米能級可以認為費米能級和統(tǒng)計分布函數(shù)對導(dǎo)帶和價帶各自仍然適用說明：電子在導(dǎo)帶和價帶之間，隔著禁帶，熱躍遷要稀少得多，導(dǎo)帶價帶之間處于不平衡。原熱平衡是指導(dǎo)帶和價帶之間的平衡。一般在非平衡態(tài)時，總是多數(shù)載流子的準費米能級和平衡時的費米能級偏離不多，而少數(shù)載流子的準費米能級則偏離很大。的大小反映了偏離熱平衡態(tài)的程度()。畫出p型半導(dǎo)體（小注入時）的準費米能級圖說明：準費米能級可以更形象地了解非平衡態(tài)的情況。如果，兩個能帶之間達到平衡，成為統(tǒng)一的EF。非平衡載流子濃度越大，準費米能級偏離平衡費米能級越遠。準費米能級可以更形象地了解非平衡態(tài)的情況（pn結(jié)）準費米能級偏離能級的情況熱平衡時的費米能級n型半導(dǎo)體的準費米能級準費米能級相對于費米能級的偏離

注：兩種載流子的準費米能級偏離的情況反映了半導(dǎo)體偏離熱平衡狀態(tài)的程度準費米能級應(yīng)用舉例非平衡狀態(tài)下:導(dǎo)帶價帶具有不同的EF，即各自的準費米能級產(chǎn)生直接產(chǎn)生R-G中心產(chǎn)生載流子產(chǎn)生與碰撞電離復(fù)合直接復(fù)合間接復(fù)合Auger復(fù)合（禁帶寬度小的半導(dǎo)體材料）（窄禁帶半導(dǎo)體及高溫情況下）（具有深能級雜質(zhì)的半導(dǎo)體材料）熱平衡時：G0（產(chǎn)生率）=R0（復(fù)合率）光照非平衡態(tài)建立新的動態(tài)平衡產(chǎn)生率G=復(fù)合率RR=rnp（即復(fù)合率應(yīng)與n、p有關(guān)，n、p↑，