高二物理 陷阱效應(yīng)及其對光電導(dǎo)的影響 競賽課件

陷阱效應(yīng)及其對光電導(dǎo)的影響

陷阱效應(yīng)及其對光電導(dǎo)的影響半導(dǎo)體中的雜質(zhì)和缺陷在禁帶中形成能級，它們的作用除了起施主、受主和復(fù)合中心作用外，還能引起陷阱效應(yīng)。在熱平衡情況下，每種雜質(zhì)能級上都有一定數(shù)目的電子，通過電子的俘獲和激發(fā)過程與能帶之間保持平衡。當(dāng)半導(dǎo)體處于非平衡態(tài)時(shí)，這種平衡遭到破壞，引起雜質(zhì)能級上電子數(shù)目的變化。若電子增加了，則說明該能級能收容一部分電子；若電子減少了，則可以看成該能級收容了空穴。非平衡載流子注入將使Nt上電子數(shù)變化

光電導(dǎo)的馳豫代表光電導(dǎo)對于光強(qiáng)變化反應(yīng)的快慢。通常引入馳豫時(shí)間來表征光電導(dǎo)上升和下降所需時(shí)間的長短，弛豫時(shí)間定義為上升和下降到定態(tài)值的一半所用時(shí)間，對于小注入，為；對于大注入，為。討論：定態(tài)光電導(dǎo)線性光電導(dǎo)：(與光強(qiáng)成正比)

拋物線性光電導(dǎo)：

(與光強(qiáng)平方根成正比)

定態(tài)光電導(dǎo)越大，光敏電阻的靈敏度越高。線性光電導(dǎo)中，越大，定態(tài)值越大，則光敏電阻靈敏度越高。但對于高頻信號，馳豫時(shí)間必須足夠短，光電導(dǎo)才能跟上光信號的變化。所以，實(shí)際應(yīng)用中，既要靈敏度高，又要馳豫時(shí)間短，則需要選擇適當(dāng)材料來制作器件。1.陷阱效應(yīng)：雜質(zhì)或缺陷能級對某一種非平衡載流子的顯著積累作用。（所俘獲的非平衡載流子數(shù)目可以與導(dǎo)帶或價(jià)帶中非平衡載流子數(shù)目相比擬） 具有顯著陷阱效應(yīng)的雜質(zhì)能級，稱為陷阱，相應(yīng)的雜質(zhì)或缺陷稱為陷阱中心?？紤]到陷阱能級對電子和空穴的俘獲與激發(fā)過程，穩(wěn)定時(shí)由電子的凈復(fù)合率=空穴的凈復(fù)合率可得：可見，此時(shí)雜質(zhì)對非平衡載流子沒有顯著的陷阱效應(yīng)。而實(shí)際上，有時(shí)cn，cp常常相差很大。（P214,7.198式）(10.90)若，陷阱俘獲一個(gè)電子后，很難再俘獲一個(gè)空穴引起復(fù)合，這種陷阱就是電子陷阱。則若，陷阱為空穴陷阱。(1)、(2)、設(shè)，(10.90)式中略去含Cp的項(xiàng)，有：n0若為多子，通常Nt<<n0

，陷阱效應(yīng)不顯著；n0若為少子，如果Nt>n0，陷阱效應(yīng)顯著。實(shí)際的陷阱問題大都是少數(shù)載流子的陷阱效應(yīng)。設(shè)半導(dǎo)體為N型，在禁帶中除了復(fù)合中心能級以外，還存在少數(shù)載流子的陷阱能級。3.陷阱對穩(wěn)態(tài)光電導(dǎo)的影響：陷阱中的空穴：

陷阱作用1：陷阱的作用使得過剩多子濃度比無陷阱時(shí)高出許多倍陷阱作用3：陷阱使多子的穩(wěn)態(tài)壽命比少子的大得多。陷阱的存在增大了光電導(dǎo)的上升和下降的弛豫時(shí)間，光電導(dǎo)上升（要填充陷阱能級）；光電導(dǎo)衰減（陷阱中的載流子緩慢釋放）。

陷阱作用4：對光電導(dǎo)衰減的影響：

以電子陷阱為例：電子被陷阱俘獲后，基本上