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1、(3),(4),例题,结论：,例. 室温下,本征锗的电阻率为47，(1)试求本征载流子浓度。(2)若掺入锑杂质，使每106个锗中有一个杂质原子，计算室温下电子浓度和空穴浓度。设杂质全部电离。锗原子浓度为4.4/3,n=3600/Vs且不随掺杂而变化.,解:,Chapter 3 Recombination-Generation Processes（复合-产生过程）,产生率G Generation rate：,单位时间和单位体积内所产生的电子-空穴对数,复合率R Recombination rate：,单位时间和单位体积内复合掉的电子-空穴对数,产生 复合 注入,非简并半导体处于热平衡状态时，体内
2、电子和空穴浓度为n0和p0，它们之间的关系是,3.1 非平衡载流子的产生与复合（ noneguilibrium carriers G-R ）,如果在外界作用下，平衡条件破坏，就偏离了上式决定的热平衡状态即称为非平衡状态。载流子浓度为n、p：,外界作用,外界作用,外界作用使半导体中产生非平衡载流子的过程叫非平衡载流子的注入。,过剩载流子(excess carries),外界作用,光 照射半导体表面光注入,对p-n结施加偏压电注入,例，光照n型半导体表面,光照引起的附加光电导：,通过附加电导率测量可计算非平衡载流子。,对于n型半导体n=p n0， p型半导体n=p p0，称小注入。,对n型半导体，
3、n称为多数载流子（Majority carriers），n被称为非平衡多数载流子；p称为少数载流子（Minority carriers ），p被称为非平衡少数载流子。,非平衡少数载流子在器件中起着极其重要的作用。,外部条件拆除后，非平衡载流子逐渐消失，这一过程称为非平衡载流子的复合。,热平衡时：,导带电子增加，意味着EF更靠近EC。,外界作用,价带空穴增加，意味着EF更靠近EV。,3.2. 非平衡载流子浓度的表达式,引入准费米能级：,非平衡态时，,3.3. 非平衡载流子的衰减 寿命,若外界条件撤除（如光照停止），经过一段时间后，系统才会恢复到原来的热平衡状态。有的非子生存时间长、有的短。非子的
4、平均生存时间称为非子的寿命。,光照刚停止，复合产生 n、p 复合 复合=产生（恢复热平衡）,单位时间内非子被复合掉的可能性 复合几率,单位时间、单位体积净复合消失的电子-空穴对（非子） 复合率,在小注入时，与P无关，则,设t=0时， P(t)= P(0)= (P)0, 那么C= (P)0，于是,非平衡载流子的寿命主要与复合有关。,t=0时，光照停止，非子浓度的减少率为,3.4. 非平衡载流子的复合机制,复合,直接复合(direct recombination):导带电子与价带空穴直接复合.,间接复合(indirect recombination):通过位于禁带中的杂质或缺陷能级的中间过渡。,表
5、面复合(surface recombination)：在半导体表面发生的 复合过程。,俄歇复合：将能量给予其它载流子,增加它们的动能量。,从释放能量的方法分:,辐射(radiative)复合,非辐射(non-radiative)复合,1 直接复合 direct/band-to-band recombination,T + Light：,净复合率=复合率-产生率,U=R-G,非平衡载流子的直接净复合,代入,则：,非平衡载流子寿命：,小注入：,n型材料：,型材料：,例2 在一块p型半导体中，有一种复合-产生中心，小注入时被这些中心俘获的电子发射回导带的过程和它与空穴复合的过程有相同的几率。试求这种
6、复合-产生中心的位置，并说明它能否成为有效的复合中心？,例题,例. 室温下,本征锗的电阻率为47，(1)试求本征载流子浓度。(2)若掺入锑杂质，使每106个锗中有一个杂质原子，计算室温下电子浓度和空穴浓度。设杂质全部电离。锗原子浓度为4.4/3,n=3600/Vs且不随掺杂而变化.,解:,例题,试述平衡p-n结形成的物理过程.它有什么特点?画出势垒区中载流子漂移运动和扩散运动的方向.2.内建电势差VD受哪些因素的影响?锗p-n结与硅p-n结的VD哪个大?为什么?3.试比较平衡p-n结,正向偏置p-n结,反向偏置p-n结的特点.4.写出p-n结整流方程,并说明方程中每一项的物理意义?5.p-n结
7、的理想伏-安特性与实际伏-安特性有哪些区别?产生的原因是什么?,复习与思考,6.p-n结为什么有电容特性?与普通电容相比有哪些相似之处?有哪些区别?7. p-n结击穿主要有哪几种?说明各种击穿产生的原因和条件.影响它们的因素有哪些?8.在隧道二极管中,n区常重掺杂使EFn位于导带中,p区重掺杂使EFp位于价带中,画出这种二极管在零偏时的能带图,并说明外加正偏或反偏时,能带将如何变化?9.隧道二极管与一般p-n二极管的伏-安特性有什么不同?它有什么优点?10.解释光生伏特效应,说明太阳能电池的工作原理.,复习与思考,1.金属和半导体的功函数是如何定义的?2.分析n型和p型半导体形成阻挡层和反阻挡层的条件,并画出金半接触时的能带图.(忽略表面态的影响)3.试比较p-n结和肖特基结的主要异同点.指出肖特基二极管具有哪些重要特点.4.金属与重掺杂的半导体接触能够形成欧姆接触,说明其物理原理.5.什么是表面空间电荷区?6.以n型半导体为例,画出积累、耗尽、反型三种状态下的能带图。7。什么叫“强反型”？发生“强反型”的条件是什么？,
