半导体物理学第五章2

半导体物理学
陈延湖
§
产生率：单位时间、单位体积中产生的载流子
对，对(个)/s ·cm3，记为G 。

在达到热平衡时，产生率必须等于复合率，即：G
R b thermal =_所以一定温度下的产生率G 为：
2
00_i
b thermal rn p rn R G ===
在所有非简并情况下带间直接产生率基本相同，即G 与温度有关，而与n, p 无关。

说明对Si 、Ge ，直接复合不是主要的复合机制 而实验发现，半导体中杂质越多、晶格缺陷越多，寿命就越短，即杂质和缺陷有促进复合的作用。

这就是间接复合。

根据直接复合理论，T ＝300k ，计算得到本征硅，锗中少子寿命：
Ge ：τ= 0.3s Si ：τ= 3.5s
但实验值远小于计算值（约几ms ）
2 间接复合
间接复合：通过杂质或缺陷能级Et进行的复合 复合中心：能够促进复合过程的杂质或缺陷下面只讨论具有单一复合中心能级的情况，即SRH理论：Schockly、Real、Hall，也称为SRH复合
间接复合可分为2步骤，涉及4个微观过程
乙过程：单位时间、单位体积复合中心Et 向导带
发射的电子数为电子产生率。

t
t n n s n G −=∝电子产生率S －为比例系数, 称为电子激发几率
同理相应的丙过程空穴俘获率为
t
p p pn r R =)
(t t p n N s G −=+ 相应的丁过程空穴产生率为
S +为比例系数, 称为空穴激发几率
r p 为比例系数，称为空穴俘获系数
E
③复合中心的俘获截面
n T p T
r v r v σσ−+==假设复合中心为截面积为σ的球体，则
σ-——电子俘获截面σ+——空穴俘获截面v T 载流子热运动速度
σ的意义：代表复合中心俘获载流子的本领
俘获系数:
3 表面复合
实验表明少子的寿命受半导体的形状和表面状态的影响，表面复合就是发生在半导体表面的复合过程。

表面处的杂质和表面特有的缺陷在禁带中形成复合能级，所以就复合机理看，表面复合仍然属于间接复合。

4 俄歇复合
载流子从高能级向低能级跃迁，发生电子空穴复合时，将多余的能量传给另一载流子，使此载流子被激发到能量更高的能级上去，当它重新跃迁回低能级时，多余的能量以声子形式放出。

俄歇复合为无辐射复合，它是半导体光电器件发光效率的重要影响因素
§5.5 陷阱效应
陷阱效应：杂质能级积累非平衡载流子的作用。

所有杂质能级都有一定的陷阱作用。

将具有显著陷阱效应的杂质能级成为陷阱，相应的杂质能级称为陷阱中心。

dn
对电子陷阱，除了①rn>>rp ，还要求其②陷阱能级处于EF 以上，且越接近EF,陷阱效应越显著。

EF 以下的能级，不起陷阱作用。

电子落入陷阱后，不直接与空穴复合，它们必须首先被激发至导带，再通过复合中心而复合，陷阱增长了从非平衡态恢复到平衡态的时间。

关于有效陷阱的结论：
陷阱的影响：
对n 型半导体，起显著陷阱作用的是空穴陷阱，对p 型半导体，起显著陷阱作用的是电子陷阱。

即③有效的陷阱均为少数载流子陷阱。

例：
例：
例：
p p t
R r pn =p r p
复合-产生中心上俘获空穴而复合的过程对应“丙”过程，其俘获率为：
俘获空穴的几率为：根据题意，该中心的发射电子几率与俘获空穴几率相同：
1p n r p r n =对一般复合中心：
p n r r ≈所以在小注入情况下:100
n p p p p ==+Δ≈。