第五篇題解-非平衡載流子劉諾編5-1、何謂非平衡載流子？非平衡狀態(tài)與平衡狀態(tài)的差異何在？解：半導(dǎo)體處于非平衡態(tài)時，附加的產(chǎn)生率使載流子濃度超過熱平衡載流子濃度，額外產(chǎn)生的這局部載流子就是非平衡載流子。 通常所指的非平衡載流子是指非平衡少子熱平衡狀態(tài)下半導(dǎo)體的載流子濃度是一定的，產(chǎn)生與復(fù)合處于動態(tài)平衡狀態(tài)，躍遷引起的產(chǎn)生、復(fù)合不會產(chǎn)生宏觀效應(yīng)。在非平衡狀態(tài)下，額外的產(chǎn)生、復(fù)合效應(yīng)會在宏觀現(xiàn)象中表達(dá)出來。5-2、漂移運動和擴散運動有什么不同？解：漂移運動是載流子在外電場的作用下發(fā)生的定向運動，而擴散運動是由于濃度分布不均勻?qū)е螺d流子從濃度高的地方向濃度底的方向的定向運動。前者的推動力是外電場，后者的推動力那么是載流子的分布引起的。5-3、漂移運動與擴散運動之間有什么聯(lián)系？非簡并半導(dǎo)體的遷移率與擴散系數(shù)之間有什么聯(lián)系？解：漂移運動與擴散運動之間通過遷移率與擴散系數(shù)相聯(lián)系。而非簡并半導(dǎo)體的遷移率與擴散系數(shù)那么通過愛因斯坦關(guān)系相聯(lián)系，二者的比值與溫度成反比關(guān)系。即5-4、平均自由程與擴散長度有何不同？平均自由時間與非平衡載流子的壽命又有何不同？答：平均自由程是在連續(xù)兩次散射之間載流子自由運動的平均路程。而擴散長度那么是非平衡載流子深入樣品的平均距離。它們的不同之處在于平均自由程由散射決定，而擴散長度由擴散系數(shù)和材料的壽命來決定。平均自由時間是載流子連續(xù)兩次散射平均所需的自由時間，非平衡載流子的壽命是指非平衡載流子的平均生存時間。前者與散射有關(guān)，散射越弱，平均自由時間越長；后者由復(fù)合幾率決定，它與復(fù)合幾率成反比關(guān)系。t5-5、證明非平衡載流子的壽命滿足 pt Poe，并說明式中各項的物理意義。證明：那么在單位時間內(nèi)減少的非平衡載流子數(shù)=在單位時間內(nèi)復(fù)合的非平衡載流子數(shù)，即在小注入條件下，T為常數(shù)，解方程(1)，得到式中，△p(0)為t=0時刻的非平衡載流子濃度。此式表達(dá)了非平衡載流子隨時間呈指數(shù)衰減的規(guī)律。得證。5-6、導(dǎo)出非簡并載流子滿足的愛因斯坦關(guān)系。NdNd證明：假設(shè)這是n型半導(dǎo)體，雜質(zhì)濃度和內(nèi)建電場分布入圖所示E內(nèi)穩(wěn)態(tài)時，半導(dǎo)體內(nèi)部是電中性的，Jn=O即對于非簡并半導(dǎo)體這就是非簡并半導(dǎo)體滿足的愛因斯坦關(guān)系得證。5-7、間接復(fù)合效應(yīng)與陷阱效應(yīng)有何異同？答：間接復(fù)合效應(yīng)是指非平衡載流子通過位于禁帶中特別是位于禁帶中央的雜質(zhì)或缺陷能級E而逐漸消失的效應(yīng)，E的存在可能大大促進載流子的復(fù)合；陷阱效應(yīng)是指非平衡載流子落入位于禁帶中的雜質(zhì)或缺陷能級Et中，使在E上的電子或空穴的填充情況比熱平衡時有較大的變化，從引起△n^Ap，這種效應(yīng)對瞬態(tài)過程的影響很重要。此外,最有效的復(fù)合中心在禁帶中央，而最有效的陷阱能級在費米能級附近。一般來說，所有的雜質(zhì)或缺陷能級都有某種程度的陷阱效應(yīng)，而且陷阱效應(yīng)是否成立還與一定的外界條件有關(guān)。5-8、光均勻照射在6cm的n型Si樣品上，電子-空穴對的產(chǎn)生率為4x1021cm3s-1，樣品壽命為8卩s。試計算光照前后樣品的電導(dǎo)率。解：光照前光照后 △p=Gr=(4x1021)(8x10-6)=3.2x1017cm-3那么0 0那么0 0pq1.167 3.210161.610194903.51cm答：光照前后樣品的電導(dǎo)率分別為1.167答：光照前后樣品的電導(dǎo)率分別為1.167Q-1cm1和3.51Q'em1。dE；jnn 5-9、證明非簡并的非均勻半導(dǎo)體中的電子電流形式為 dx。證明：對于非簡并的非均勻半導(dǎo)體由于那么同時利用非簡并半導(dǎo)體的愛因斯坦關(guān)系，所以得證。5-10、假設(shè)Si中空穴濃度是線性分布，在4卩m內(nèi)的濃度差為2x1016cm3，試計算空穴的擴散電流密度。解:答：空穴的擴散電流密度為7.15X10-5A/m2。5-11、試證明在小信號條件下