高二物理競賽陷阱效應(yīng)課件

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陷阱效應(yīng)當(dāng)半導(dǎo)體處于非平衡態(tài)時，雜質(zhì)能級具有積累非平衡載流子的作用，即具有一定的陷阱效應(yīng)一般把具有顯著陷阱效應(yīng)（即積累的非平衡載流子數(shù)目可以和導(dǎo)帶價帶中的非平衡載流子數(shù)目相比擬）的雜質(zhì)能級稱為陷阱，相應(yīng)的雜質(zhì)或缺陷為陷阱中心。復(fù)合中心：空穴陷阱：電子陷阱：1.定義:所有雜質(zhì)能級都具有陷阱效應(yīng)無論何時，總存在載流子產(chǎn)生和復(fù)合兩個過程產(chǎn)生率G：單位時間單位體積內(nèi)產(chǎn)生的電子—空穴對復(fù)合率R：單位時間單位體積內(nèi)復(fù)合的電子—空穴對1.直接產(chǎn)生/復(fù)合直接產(chǎn)生：直接復(fù)合：產(chǎn)生率：G復(fù)合率：②大注入條件：△n=△p>>n0,p0,n1,p1比較直接復(fù)合間接復(fù)合小注入大注入n型p型由于復(fù)合中心對非平衡載流子的俘獲能力強(qiáng)，rp，rn大大超過直接復(fù)合的俘獲系數(shù)r，所以復(fù)合中心的存在大大促進(jìn)了非平衡載流子的復(fù)合，降低了材料的壽命。雜質(zhì)半導(dǎo)體中的復(fù)合過程有兩類，且與材料的能帶結(jié)構(gòu)有關(guān)。

實例：金在硅中的復(fù)合作用n型：EtA作用，Au－對空穴的rp作用p型：EtD作用，Au＋對電子的rn作用通過控制金濃度，可以改變非平衡少數(shù)載流子壽命少量的有效復(fù)合中心改變壽命，對電阻率影響小開關(guān)器件及有關(guān)電路中作為縮短非平衡少子壽命的有效手段金在硅中的兩種能級n型p型表面復(fù)合存在表面復(fù)合原因禁帶中引入能級間接復(fù)合在實際半導(dǎo)體器件中，決定少數(shù)載流子壽命的，在很大程度上受半導(dǎo)體樣品表面形狀和表面狀態(tài)的影響，即所謂表面復(fù)合。實驗發(fā)現(xiàn)考慮表面復(fù)合后，總的復(fù)合概率：：有效壽命表面電子能級：表面吸附的雜質(zhì)或其它損傷形成的缺陷態(tài)，它們在表面處的禁帶中形成電子能級。同時考慮體內(nèi)復(fù)合與表面復(fù)合時，這時壽命要比單純地由體內(nèi)復(fù)合決定的壽命更短些。表面復(fù)合率:單位時間內(nèi)通過單位表面積復(fù)合掉的電子—空穴對數(shù)目。直觀而形象的意義：由于表面復(fù)合而失去的非平衡載流子數(shù)目，就如同表面處的非平衡載流子(△p)s

以S大小的垂直速度流出了表面。表面復(fù)合對性能有決定性影響，希望它盡可能低些。為了提高晶體管和集成電路的穩(wěn)定性和可靠性，必需獲得良好而穩(wěn)定的表面條件。表面復(fù)合快慢的描述表面復(fù)合速度表面薄層內(nèi)非平衡載流子的濃度Us=S(△p)s1/s?cm21/cm3cm/s表面復(fù)合的實際意義降低表面復(fù)合速度，改善半導(dǎo)體器件的性能

因為較高的表面復(fù)合速度，使注入的載流子在表面復(fù)合消失，嚴(yán)重影響器件性能增大表面復(fù)合，獲得較為準(zhǔn)確的測量結(jié)果

在某些物理測量中，可消除金屬探針注入效應(yīng)影響

載流子從高能級向低能級躍遷，發(fā)生電子－－空穴復(fù)合時，將多余的能量傳給另一載流子，使此載流子被激發(fā)到能量更高的能級上去，當(dāng)它重新躍遷回低能級時，多余的能量以聲子形式放出。俄偈（Auger）復(fù)合n型p型俄歇復(fù)合雜質(zhì)帶俄歇復(fù)合的性質(zhì)帶間俄歇復(fù)合在窄禁帶半導(dǎo)體中及高溫情況下起著重要作用與雜質(zhì)和缺陷有關(guān)的俄歇復(fù)合，影響半導(dǎo)體發(fā)光器件的發(fā)光效率2.特征陷阱效應(yīng)對多數(shù)載流子是不顯著的，一般都是指少數(shù)載流子的陷阱效應(yīng)。雜質(zhì)能級與平衡時的費(fèi)米能級重合時，陷阱作用最強(qiáng)。(Why)陷阱的存在大大增長了從非平衡態(tài)恢復(fù)到平衡態(tài)的馳豫時間，對半導(dǎo)體中的一些物理過程可能產(chǎn)生重要影響。電子落入陷阱后，基本不能與空穴復(fù)合，必須首先被激發(fā)到導(dǎo)帶，然后再復(fù)合研究表明,P型硅中存在兩種陷阱:衰減開始時,兩種陷阱都基本飽和(被電子占滿),導(dǎo)帶中尚有相當(dāng)數(shù)目的非平衡載流子.圖中,A部分主要是導(dǎo)帶子中電子復(fù)合衰減所致;B部分主要是淺陷阱電子的衰減所致;C部分主要是深陷阱中的電子衰