资源简介

(共12张PPT)
光电直接辐射复合
导带的电子直接跃迁到价带中的空状态，实现电子-空穴对的复合，同时发射光子，这种直接复合过程，称为直接辐射复合，或称为带间辐射复合。
一、复合率和产生率
在带间辐射复合过程中，单位时间内，在单位体积中复合的电子-空穴对数R，应该与电子浓度n及空穴浓度p成正比：
式中，R为复合率，比例系数 称为复合系数。 实际上是一个平均量，它代表不同热运动速度的电子和空穴复合系数的平均值。 为每个电子与空穴相遇而复合的几率。
上述直接复合过程的逆过程是电子-空穴对的产生过程，即，价带中的电子向导带中空状态的跃迁。在非简并情况下，我们近似地认为，价带基本上充满电子，而导带基本上是空的，产生率G与载流子浓度n和p无关。因此，在所有非简并情况下，产生率基本上是相同的，就等于热平衡时的产生率G0。
在热平衡时，电子和空穴的复合率R0应等于产生率G0
由此，可得出产生率
二、净复合率和寿命
非平衡情况下，G≠R，电子-空穴对的净复合率U为
净复合率U代表非平衡载流子的复合率，它与非平衡载流子寿命
显然，在一定温度下，禁带宽度越小的半导体，寿命越短。
对于N型半导体（n0>>p0）和P型半导体（p0>>n0），分别得出
不是主要由直接复合决定。一般在小禁带，直接带隙半导体中，直接复合才重要。
本课不讨论
复合系数 的计算,
Page 205
§7.8 直接俄歇复合
在电子和空穴直接复合的过程中，把第三个载流子（导带中的电子或价带中的空穴）激发到其能量更高的状态，这种复合过程称为直接俄歇复合，或称为带间俄歇复合。 无辐射跃迁
俄歇效应引起的电子-空穴对的复合和产生过程如图7.14所示。
一、带间俄歇复合过程
⑴考虑右图（a）的情况，在电子和空穴复合时，导带中另一个电子被激发到更高的能级。这种有其他电子参与的复合过程，其复合率Rnn与n2p成正比，
其中， n是这种过程的复合系数。
在热平衡情况下，复合率Rnn0可以写成
根据以上二式，则有
⑵考虑第二种情况（b），右图表示导带中能量足够高的电子通过碰撞（库仑作用）产生电子-空穴对的过程，这种过程称为碰撞电离。（俄歇复合 ：碰撞复合）
非简并时，价带基本全满，导带基本全空。则在碰撞电离过程中，电子－空穴对的产生率Gnn只与导带电子浓度n成比例，它可以表示为
其中，Gnn0是热平衡情况下的产生率。
在热平衡情况下，应该有Gnn0＝ Rnn0，所以产生率可以改写为
上面讨论的过程（a）和（b），是与导带电子相碰撞引起的带间复合和产生过程。电子－空穴对的净复合率Unn为
　 与价带相碰撞(价带中的电子作用)引起的带间复合和产生过程，如图7.14中（c）和（d）所示，相应的复合率和产生率分别用Rpp和Gpp表示。与上面完全类似的分析，可以得出
这里Rpp0为热平衡情况下这种过程的复合率。
式中，p是复合系数，于是电子－空穴对的净复合率Upp为
二、非平衡载流子的寿命
上述两种带间俄歇复合过程是同时存在的，则电子－空穴对总的净复合率U为
⑴在小注入条件下，即Δp<⑵对于非本征半导体，有
⑶对于本征半导体，有
　 从以上三式可以看出，俄歇复合的寿命与载流子浓度的平方成反比。虽然由于俄歇复合涉及两个电子和一个空穴，或两个空穴和一个电子，是一种三体过程，它们发生的几率较小，但在载流子浓度较高时，或在窄带半导体中，该过程仍有可能起重要作用。
三、寿命随载流子浓度的变化
现在我们在复合中心的种类及其浓度不变的情况下，讨论
图7.16（分四个区域）
而Nc和Nv数值接近，则
分别由（EC-EF)、(EF-EV)、(EC-Et)、(Et-EV)
决定,当EF在禁带中变化时，
则此寿命公式中，可只保留最大项。
强
N
弱
P
弱
N
强
P

展开更多......

收起↑