扩散方程省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx
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1、半导体物理学半导体物理学北工大电控学院北工大电控学院 第第1 1页页12月7日星期二第五章、第五章、非平衡载流子非平衡载流子 本章在已知电子和空穴在导带和价带分布情本章在已知电子和空穴在导带和价带分布情况以及载流子在外加电场下运动规律情况下,况以及载流子在外加电场下运动规律情况下,讨论非平衡载流子产生、复合、及扩散。讨论非平衡载流子产生、复合、及扩散。目标:?有浓度梯度时怎样运动(简化情况)目标:?有浓度梯度时怎样运动(简化情况)掺杂梯度(引入电场),掺杂梯度(引入电场),非平衡载流子第1页半导体物理学半导体物理学北工大电控学院北工大电控学院 第第2 2页页12月7日星期二主要内容:非平衡载流
2、子产生与复合非平衡载流子寿命存在非平衡载流子时费米能级准费米能级复合理论 直接复合 间接复合 表面复合 俄歇复合载流子漂移运动、扩散运动及连续性方程第2页半导体物理学半导体物理学北工大电控学院北工大电控学院 第第3 3页页12月7日星期二11、(、(15分)光均匀照射一个分)光均匀照射一个7 cmp型型Si样品,样品,电子空穴正确产生率为电子空穴正确产生率为5x1016cm-3s-1,样品,样品寿命为寿命为10 s,计算光照前、后样品电阻率改,计算光照前、后样品电阻率改变,以及费米能级位置改变(假定此问题中,变,以及费米能级位置改变(假定此问题中,电子和空穴迁移率相同)。电子和空穴迁移率相同)
3、。()12、(、(24分)什么是载流子扩散运动?什么是载流子分)什么是载流子扩散运动?什么是载流子漂移运动?写出载流子爱因斯坦关系。结合半导体漂移运动?写出载流子爱因斯坦关系。结合半导体PN结形成及到达平衡过程中载流子扩散和漂移,讨论爱结形成及到达平衡过程中载流子扩散和漂移,讨论爱因斯坦关系物理意义和半导体中载流子扩散和漂移运因斯坦关系物理意义和半导体中载流子扩散和漂移运动相互关联。(动相互关联。()第3页半导体物理学半导体物理学北工大电控学院北工大电控学院 第第4 4页页12月7日星期二1.一一个个一一维维无无限限长长N型型半半导导体体样样品品,在在x=0表表面面处处保保持持恒恒定定少少子子
4、注注入入浓浓度度 p=(p)0,当当到到达达稳稳定定后后(不不随随时时间间改改变变)。设设少少子子空空穴穴扩扩散散系系数数为为DP,非非平平衡衡少少子子寿寿命命为为。求求解解沿沿x方方向向非非平平衡衡少少子子分分布布。讨讨论论该该样样品品中中注注入入一一个个少少子子空空穴穴脉脉冲冲后后,空空穴穴运运动动与与一一杯杯水水中中,滴滴入入一一滴滴墨墨水水运运动有何区分。(动有何区分。()第4页半导体物理学半导体物理学北工大电控学院北工大电控学院 第第5 5页页12月7日星期二 扩散:浓度梯度扩散:浓度梯度 (扩散系数)(扩散系数)漂移:电场漂移:电场 (迁移率)(迁移率)定义?定义?载流子分布?载流
5、子分布?5.6 5.6 非平衡载流子扩散非平衡载流子扩散非平衡载流子扩散非平衡载流子扩散第5页半导体物理学半导体物理学北工大电控学院北工大电控学院 第第6 6页页12月7日星期二 非平衡载流子运动形式为:漂移运动和扩散运动。非平衡载流子运动形式为:漂移运动和扩散运动。一、载流子扩散运动一、载流子扩散运动扩散定律,载流子浓度不均匀性造成载流子扩散原因。扩散定律,载流子浓度不均匀性造成载流子扩散原因。试验证实试验证实:扩散流正比于载流子浓度梯度扩散流正比于载流子浓度梯度:其中其中Dn、Dp分别称为电子和空穴扩散系数,负号反应了扩散流分别称为电子和空穴扩散系数,负号反应了扩散流方向指向载流子浓度降低
6、方向。方向指向载流子浓度降低方向。5.6 5.6 非平衡载流子扩散非平衡载流子扩散非平衡载流子扩散非平衡载流子扩散第6页半导体物理学半导体物理学北工大电控学院北工大电控学院 第第7 7页页12月7日星期二 5.6 5.6 非平衡载流子扩散非平衡载流子扩散非平衡载流子扩散非平衡载流子扩散q假如在表面注入非平衡载流子,则在体内会存在非平衡载假如在表面注入非平衡载流子,则在体内会存在非平衡载流子浓度梯度,发生由表面向体内扩散。例:光照流子浓度梯度,发生由表面向体内扩散。例:光照N型型Si表表面,将产生非平衡载流子,少子为空穴,其浓度为面,将产生非平衡载流子,少子为空穴,其浓度为 p第7页半导体物理学
7、半导体物理学北工大电控学院北工大电控学院 第第8 8页页12月7日星期二q p 满足扩散方程:满足扩散方程:q稳定情形,因为扩散引发单位时间、单位体积积累空稳定情形,因为扩散引发单位时间、单位体积积累空穴数等于单位时间、单位体积因为复合降低空穴数,穴数等于单位时间、单位体积因为复合降低空穴数,于是得到满足稳定扩散方程:于是得到满足稳定扩散方程:q求解得通解:求解得通解:第8页半导体物理学半导体物理学北工大电控学院北工大电控学院 第第9 9页页12月7日星期二q求解得通解:求解得通解:q扩散长度扩散长度第9页半导体物理学半导体物理学北工大电控学院北工大电控学院 第第1010页页12月7日星期二q
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