材料科學(xué)晶體硅太陽電池設(shè)計半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識PPT課件

1、典型的電阻率如下：第1頁/共33頁有哪些半導(dǎo)體？第2頁/共33頁 元素半導(dǎo)體（element）：由一種材料形成的半導(dǎo)體物質(zhì)。 化合物（compolund）半導(dǎo)體：由兩種或兩種以上元素形成的物質(zhì)。 二元化合物1.GaAs 砷化鎵2.SiC 碳化硅3.Zns 硫化鋅4.GaN 氮化鎵 三元化合物1.AlGa11As 砷化鎵鋁2.AlIn11As 砷化銦鋁第3頁/共33頁孤立硅原子的圖示第4頁/共33頁第5頁/共33頁本征半導(dǎo)體當(dāng)半導(dǎo)體中的雜質(zhì)遠(yuǎn)小于由熱產(chǎn)生的電子空穴時，此種半導(dǎo)體稱為本征半導(dǎo)體（Intrinsic Semiconductor）此時EF在禁帶中央。第6頁/共33頁非本征半導(dǎo)體當(dāng)半導(dǎo)體

2、被摻入雜質(zhì)時，本征半導(dǎo)體就成為非本征（extrinsic）半導(dǎo)體。第7頁/共33頁施主與受主 施主：當(dāng)雜質(zhì)摻入半導(dǎo)體中時，若能釋放一個電子，這種雜質(zhì)被稱為施主。如，磷，砷就是硅的施主。 受主：當(dāng)雜質(zhì)摻入半導(dǎo)體中時，若能在半導(dǎo)體中產(chǎn)生一個空穴，這種雜質(zhì)稱為受主。如，硼，鋁就是硅的受主。第8頁/共33頁N型半導(dǎo)體 以電子為多數(shù)導(dǎo)電載流子的半導(dǎo)體稱為N型半導(dǎo)體，電子為多子，空穴為少子。第9頁/共33頁P型半導(dǎo)體以空穴為多數(shù)導(dǎo)電載流子的半導(dǎo)體稱為P型半導(dǎo)體，空穴為多子，電子為少子。第10頁/共33頁本征半導(dǎo)體的載流子濃度1.ni=n0=p02.n0 p0= ni2 熱平衡條件第11頁/共33頁非本征半

3、導(dǎo)體的載流子濃度一般情況下： DnNn0APNP0 第12頁/共33頁 電阻率與雜質(zhì)濃度的關(guān)系： n型半導(dǎo)體： p型半導(dǎo)體： 本征半導(dǎo)體： pnpqnq1nnq1ppq1)(1pniqn第13頁/共33頁平衡載流子處于熱平衡狀態(tài)的半導(dǎo)體，在一定溫度下，載流子濃度是一定的，這種處于熱平衡狀態(tài)下的載流子濃度，稱為平衡載流子濃度。)exp(0KTEEnniFi)exp(0KTEEnPFiin0 p0= ni2第14頁/共33頁非平衡載流子處于非平衡狀態(tài)的半導(dǎo)體，其載流子濃度也不再是n0和p0，可以比他們多出一部分，多出這部分載流子稱為非平衡載流子，用n和p 表示。第15頁/共33頁光照產(chǎn)生非平衡載流

4、子 第16頁/共33頁非平衡載流子的壽命非平衡載流子平均生存的時間稱為非平衡載流子的壽命。由于相對于非平衡多數(shù)載流子，非平衡少數(shù)載流子的影響處于主導(dǎo)地位，因而非平衡載流子的壽命常稱為少數(shù)載流子壽命。teptp0)()(第17頁/共33頁復(fù)合理論 直接復(fù)合（direct recombination） 間接復(fù)合（indirect recombination） 表面復(fù)合（surface recombination）第18頁/共33頁直接復(fù)合 由電子在導(dǎo)帶與價帶間直接躍進(jìn)而引起的非平衡載流子的復(fù)合過程。第19頁/共33頁間接復(fù)合非平衡載流子通過復(fù)合中心的復(fù)合。第20頁/共33頁表面復(fù)合 是指在半導(dǎo)體表

5、面發(fā)生的復(fù)合過程表面處的雜質(zhì)和表面處特有的缺陷也在禁帶形成復(fù)合中心能級，因而，就復(fù)合機構(gòu)講，表面復(fù)合仍然是間接復(fù)合。實際測得的少子壽命應(yīng)是體內(nèi)復(fù)合和表面復(fù)合的綜合結(jié)果。設(shè)這兩種復(fù)合是單獨平行發(fā)生的。用 表示體內(nèi)復(fù)合，用 表示表面復(fù)合?？偟膹?fù)合機率為： 稱為有效壽命。sb111sb第21頁/共33頁復(fù)合過程中能量的釋放載流子復(fù)合時，一定要釋放多余的能量，放出能量的方法有三種：1.發(fā)射光子，即伴隨著復(fù)合，將有發(fā)光現(xiàn)象，常稱為發(fā)光復(fù)合或輻射復(fù)合。2.發(fā)射聲子，載流子將多余的能量傳給晶格，加強晶格的振動（使硅體發(fā)熱）。3.將能量給予其它載流子，增加它們的動能，稱為俄歇（Auger）復(fù)合 第22頁/共3

6、3頁二P-NP-N結(jié)P-N結(jié)是怎么形成的？在一塊n 型（或P型）半導(dǎo)體上，用適當(dāng)?shù)墓に嚪椒ò裀型（或n型）雜質(zhì)摻入其中，使不同區(qū)域分別具有n型和p型的導(dǎo)電類型，在二者的交界處就形成了p-n結(jié)。第23頁/共33頁2.P-N結(jié)的雜質(zhì)分布第24頁/共33頁3.能帶圖（Band diagram）第25頁/共33頁4.平衡PN結(jié)的電場，電勢和結(jié)寬（以突變結(jié)為例） 電荷分布： xNNDxqx0 0 xqxxNpA第26頁/共33頁5.不同偏壓條件下，P-N結(jié)的能帶圖第27頁/共33頁P-N結(jié)的電流電壓特性理想特性，4個假設(shè)：1.耗盡區(qū)為突變邊界2.小注入 3.耗盡區(qū)內(nèi)無產(chǎn)生和復(fù)合4.邊界載流子濃度和結(jié)的靜電勢有關(guān) 1expkTqvJJSLnDLpDJnPnpnPSqq00第28頁/共33頁P-N結(jié)理想曲線第29頁/共33頁引起理想曲線與實際曲線差別的主要原因有： 表面效應(yīng) 勢壘區(qū)中的產(chǎn)生及復(fù)合 大注入條件 串聯(lián)電阻效應(yīng)非理想的P-N結(jié)電流電壓特性第30頁/共33頁第31頁/共33頁一般而言，擴(kuò)散電流的特點是：它與 成正比復(fù)合電流的特點是：它與 成正比實際結(jié)果可以被表示成： u n稱為理想系數(shù)（ideality factor） 當(dāng)理想擴(kuò)散電流占優(yōu)勢時：n=1 當(dāng)復(fù)合電