2022-2023学年高二物理竞赛课件：非平衡载流子

非平衡载流子 非平衡载流子 施加外界作用 偏离热平衡态 产生非平衡载流子 破坏热平衡条件 比平衡态多出来一部分载流子 半导体物理 半导体磁电效应 与载流子浓度、温度有关 霍尔系数 可确定半导体类型及载流子浓度 半导体物理 非平衡载流子 △n = n － n0 △p = p － p0 n：非平衡态下的电子浓度 p：非平衡态下的空穴浓度 n0：平衡态下的电子浓度 p0：平衡态下的电子浓度 非平衡载流子的复合：当 半导体由非平衡态恢复为 平衡态，过剩载流子消失 的过程。 半导体物理 4 非平衡多数载流子，非平衡少数载流子，通常所说的非平衡载流子指非平衡少数载流子 准费米能级 当半导体处于非平衡状态，不再具有统一的费米能级，引入准费米能级 非平衡态下电子浓度： 非平衡态下空穴浓度： 半导体物理 复合理论 直接复合 电子在导带和价带之间的直接跃迁 间接复合 非平衡载流子通过复合中心的复合 间接复合的四个过程 过程前 过程后 半导体物理 陷阱效应(熟悉概念) 杂质能级积累非平衡载流子的作用 陷阱：具有显著效应的杂质能级 陷阱中心：相应的杂质和缺陷 半导体物理 7 典型的陷阱，尽管浓度较小，仍可以使陷阱中的非平衡载流子远远超过导带和价带中的非平衡载流子。 杂质能级与平衡时费米能级重合时，最有利于陷阱作用。 陷阱效应的存在大大增长了从非平衡态恢复到平衡态的驰豫时间。 载流子的扩散运动 稳定扩散的条件： 单位时间在单位体积内 积累的载流子＝由于复合而消失的载流子 空穴扩散系数 非平衡少数载流子的寿命 非平衡少数载流子浓度 半导体物理 8 扩散是一与浓度有关的过程 空穴扩散系数 空穴扩散系数 空穴扩散系数 空穴扩散系数 空穴扩散系数：反映非平衡少数载流子扩散本领的大小。 爱因斯坦关系式(意义，推导) 从理论上找到扩散系数和迁移率之间的定量关系 迁移率 电场作用下运动的难易程度 扩散系数 存在浓度梯度下载流子运动的难易程度 半导体物理 9 爱因斯坦关系式不但可用于平衡载流子，也用于非平衡载流子，表明了非简并情况下载流子迁移率和扩散系数之间的关系 第五章 p-n结 1、内建电场结果 2、费米能级相等标志了载流子的扩散电流和漂移电流互相抵消 半导体物理 p-n结接触电势差VD VD和p-n结两边的掺杂浓度、温度、材料的禁带宽度有关。 在一定温度下，●突变结两边的掺杂浓度越高，接触电势差VD越大； ●禁带宽度越大，ni越小，接触电势差VD越大； 半导体物理 p-n结电流电压特性 正向偏压下p-n结的费米能级 半导体物理 $