2022-2023学年高二物理竞赛课件：电路中的载流子的扩散运动

电路中的载流子的扩散运动 电路中的载流子的扩散运动 三维情况 空穴和电子的扩散电流密度分别为： 扩散流密度： 一维 浓度梯度的矢量 非平衡载流子 非平衡载流子的注入与复合 非平衡载流子的寿命 准费米能级 复合理论 陷阱效应 载流子的扩散运动 爱因斯坦公式 连续性方程 3 我们学习了前面几章内容之后，我们已经可以初步对半导体的电流强度进行计算，但是前面都是在热平衡条件下，而半导体的热平衡条件是相对的，是有条件的，如果对半导体施加外界作用，破坏了热平衡条件，这就迫使它处于与热平衡态相偏离的状态，这种状态就是非平衡态。半导体之所以呈现出很多奇妙的特性，就是因为半导体经常处在一个非平衡态。非平衡载流子对器件很多奇妙特性有着重要的影响，所以我们这章就讲讲非平衡载流子。首先给大家讲讲什么是非平衡载流子以及非平衡载流子的注入与复合。 爱因斯坦关系式 半导体中的总电流 迁移率是反应载流子在电场作用下运动难易程度的物理量，而扩散系数反应存在浓度梯度时载流子运动的难易程度。两者之间的关系---爱因斯坦关系式 爱因斯坦关系式 浓度梯度引起的自建电场 爱因斯坦关系式 浓度梯度引起的自建电场 爱因斯坦关系式 爱因斯坦关系 爱因斯坦关系式 爱因斯坦关系 1、均匀半导体，扩散电流由产生的非平衡载流子浓度梯度决定： 2、非均匀半导体，平衡载流子浓度也随x而变化，扩散电流应由载流子的总浓度梯度所决定。 第五章 非平衡载流子 非平衡载流子的注入与复合 非平衡载流子的寿命 准费米能级 复合理论 陷阱效应 载流子的扩散运动 爱因斯坦公式 连续性方程 8 我们学习了前面几章内容之后，我们已经可以初步对半导体的电流强度进行计算，但是前面都是在热平衡条件下，而半导体的热平衡条件是相对的，是有条件的，如果对半导体施加外界作用，破坏了热平衡条件，这就迫使它处于与热平衡态相偏离的状态，这种状态就是非平衡态。半导体之所以呈现出很多奇妙的特性，就是因为半导体经常处在一个非平衡态。非平衡载流子对器件很多奇妙特性有着重要的影响，所以我们这章就讲讲非平衡载流子。首先给大家讲讲什么是非平衡载流子以及非平衡载流子的注入与复合。 连续性方程 连续性方程 连续性方程指的是在漂移运动和扩散运动同时存在时少数载流子所遵循的运动方程。 要想很好地理解载流子（电子、空穴）浓度随时间和位置的变化，以及对器件静态和瞬态电学和光学特性的影响，必须掌握连续性方程。 连续性方程 连续性方程 需要考虑的因素：1、载流子的扩散；2、载流子的复合；3、载流子在电场下的漂移运动；4、其他因素引起的非平衡载流子的产生。 注意：光照撤销后，半导体内的少子空穴将随时间和空间的变化而变化。 考虑如下问题：在x=0截面A用光脉冲注入一定非平衡载流子，并在半导体两端加电场，试问半导体内载流子的浓度将如何变化？ 连续性方程 连续性方程 考虑x到x+dx薄片内空穴数目， 1：扩散和漂移引起的空穴积累的数目：（积累空穴数等于在x处流入的空穴数-在x+dx处流出的空穴数）； 2、空穴产生的数目：（产生的数目=G*A*dx) 3、空穴复合的数目：（非平衡载流子净复合率*A*dx) 连续性方程 连续性方程 则薄片内总的空穴数: 其中 可进行泰勒展开，即 因此，单位体积内空穴随时间的变化率为： $$