高二物理 非平衡載流子的擴(kuò)散 競(jìng)賽

非平衡載流子的擴(kuò)散非平衡載流子的擴(kuò)散1、一維穩(wěn)定擴(kuò)散濃度不均勻而引起的載流子（電子或空穴）的遷移設(shè)非平衡載流子（空穴）沿x軸方向的分布為p(x)，則非平衡載流子的濃度梯度為：半導(dǎo)體內(nèi)各點(diǎn)的載流子濃度不隨時(shí)間而改變的擴(kuò)散過程穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散：擴(kuò)散：即當(dāng)陷阱能級(jí)與費(fèi)米能級(jí)重合時(shí),最有利于陷阱的作用,俘獲的非平衡載流子最多:

對(duì)于再低的能級(jí),平衡時(shí)已被電子填滿,因而不能起陷阱作用.在費(fèi)米能級(jí)以上的能級(jí),平衡時(shí)基本上是空著的,適合陷阱的作用,但能級(jí)越高,電子被激發(fā)到導(dǎo)帶的幾率rnn1越大.因此對(duì)電子陷阱來說,費(fèi)米能級(jí)以上的能級(jí),越靠近費(fèi)米能級(jí),陷阱作用越明顯.從以上分析可知,對(duì)于電子陷阱,電子落入陷阱后,基本上不能直接與空穴復(fù)合,它們必有首先被激發(fā)到導(dǎo)帶,然后才能再通過復(fù)合中心而復(fù)合材料,相對(duì)于從導(dǎo)帶俘獲電子的平均時(shí)間而言,陷阱中的電子激發(fā)到導(dǎo)帶子所需的平均時(shí)間要長(zhǎng)得多,因此,陷阱的存在大大增長(zhǎng)了從非平衡態(tài)恢復(fù)到平衡態(tài)的時(shí)間.3.陷阱效應(yīng)對(duì)載流子壽命的影響

附加光電導(dǎo)率為：設(shè)

n和

p

分別為導(dǎo)、價(jià)帶中非平衡載流子濃度，陷阱中的非平衡載流子濃度是

nt

，考慮電中心條件,有：上式說明,雖然陷阱中的電子本射不能參與導(dǎo)電,但仍間接地反映于附加電導(dǎo)率中.由于非平衡載流子隨指數(shù)規(guī)律衰減,因此附加光電導(dǎo)率也應(yīng)隨指數(shù)規(guī)律衰減.但當(dāng)有陷阱存在時(shí),由于陷阱中的非平衡載流子并不隨指數(shù)規(guī)律復(fù)合,因此附加光電導(dǎo)率也偏離隨指數(shù)衰減規(guī)律.右圖:P型硅的附加電導(dǎo)衰減規(guī)律研究表明,P型硅中存在兩種陷阱:衰減開始時(shí),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減所致.顯然,陷阱的存在將影響對(duì)導(dǎo)帶壽命的測(cè)量,因而在光電導(dǎo)衰減實(shí)驗(yàn)中,為了消除陷阱效應(yīng)的影響,常常在脈沖光照的同時(shí)再加上恒定的光照,使陷阱始終處于飽和狀態(tài).用sp(x)表示空穴擴(kuò)散流密度，則一維情況下，沿x方向的擴(kuò)散流密度為：Dp表示空穴擴(kuò)散系數(shù)，單位：cm2/s在濃度梯度方向單位時(shí)間內(nèi)通過單位面積的非平衡載流子數(shù)。擴(kuò)散流密度：xxx+x顯然單位時(shí)間內(nèi)在x~x+x范圍內(nèi)積累的空穴數(shù)為：公式x很小時(shí)，上式可以寫為：在x處單位時(shí)間單位體積內(nèi)積累的空穴數(shù)：－－－－穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散方程而在x處單位時(shí)間單位體積內(nèi)復(fù)合的空穴數(shù)：即:在穩(wěn)態(tài)