少數(shù)載流子壽命

少數(shù)載流子壽命非平衡空穴的壽命01載流子壽命對器件性能的影響的決定因素與測試原理目錄0302基本信息對n型半導(dǎo)體，其中非平衡少數(shù)載流子——空穴的壽命τ，也就是空穴的平均生存時間，1/τ就是單位時間內(nèi)空穴的復(fù)合幾率，Δp/τ稱為非平衡空穴的復(fù)合率（即n型半導(dǎo)體中單位時間、單位體積內(nèi)、凈復(fù)合消失的電子-空穴對的數(shù)目）；非平衡載流子空穴的濃度隨時間的變化率為dΔp/dt=－Δp/τp,如果τp與Δp無關(guān)，則Δp有指數(shù)衰減規(guī)律：Δp=(Δp)exp(-t/τp)。載流子壽命載流子壽命載流子壽命就是指非平衡載流子的壽命。而非平衡載流子一般也就是非平衡少數(shù)載流子（因為只有少數(shù)載流子才能注入到半導(dǎo)體內(nèi)部、并積累起來，多數(shù)載流子即使注入進去后也就通過庫侖作用而很快地消失了），所以非平衡載流子壽命也就是指非平衡少數(shù)載流子壽命，即少數(shù)載流子壽命。例如，對n型半導(dǎo)體，非平衡載流子壽命也就是指的是非平衡空穴的壽命。實驗表明,在小注入條件(Δp<<no+po)下,非平衡載流子濃度確實有指數(shù)衰減規(guī)律，這說明Δp(t+τp)=Δp(t)/e,Δp(t)│（t=τp）=Δpo,τp即是非平衡載流子濃度減小到原來值的1/e時所經(jīng)歷的時間；而且在小注入條件下,τp的確是與Δp無關(guān)的常數(shù)；利用這種簡單的指數(shù)衰減規(guī)律即可測量出少數(shù)載流子壽命τp的值；同時可以證明，τp確實就是非平衡載流子的平均生存時間<t>。應(yīng)當(dāng)注意的是，只有在小注入時非平衡載流子壽命才為常數(shù)，凈復(fù)合率才可表示為－Δp/τp；并且在小注入下穩(wěn)定狀態(tài)的壽命才等于瞬態(tài)的壽命。

的決定因素與測試原理測試原理決定因素的決定因素與測試原理決定因素不同半導(dǎo)體中影響少數(shù)載流子壽命長短的因素，主要是載流子的復(fù)合機理（直接復(fù)合、間接復(fù)合、表面復(fù)合、Auger復(fù)合等）及其相關(guān)的問題。對于Si、Ge等間接躍遷的半導(dǎo)體，因為導(dǎo)帶底與價帶頂不在Brillouin區(qū)的同一點，故導(dǎo)帶電子與價帶空穴的直接復(fù)合比較困難（需要有聲子等的幫助才能實現(xiàn)——因為要滿足載流子復(fù)合的動量守恒），則決定少數(shù)載流子壽命的主要因素是通過復(fù)合中心的間接復(fù)合過程。從而，半導(dǎo)體中有害雜質(zhì)和缺陷所造成的復(fù)合中心（種類和數(shù)量）對于這些半導(dǎo)體少數(shù)載流子壽命的影響極大。所以，為了增長少數(shù)載流子壽命，就應(yīng)該去除有害的雜質(zhì)和缺陷；相反，若要減短少數(shù)載流子壽命，就可以加入一些能夠產(chǎn)生復(fù)合中心的雜質(zhì)或缺陷（例如摻入Au、Pt，或者采用高能粒子束轟擊等）。對于GaAs等直接躍遷的半導(dǎo)體，因為導(dǎo)帶底與價帶頂都在Brillouin區(qū)的同一點，故決定少數(shù)載流子壽命的主要因素就是導(dǎo)帶電子與價帶空穴的直接復(fù)合過程。因此，這種半導(dǎo)體的少數(shù)載流子壽命一般都比較短。當(dāng)然，有害的雜質(zhì)和缺陷將有更進一步促進復(fù)合、減短壽命的作用。

測試原理少數(shù)載流子壽命(體)定義為在一均勻半導(dǎo)體中少數(shù)載流子在產(chǎn)生和復(fù)合之間的平均時間間隔。在一定溫度條件下，處于熱平衡狀態(tài)的半導(dǎo)體載流子濃度是一定的，當(dāng)用某波長的光照射半導(dǎo)體材料如果光子的能量大于禁帶寬度，位于價帶的電子受激發(fā)躍遷到導(dǎo)帶，產(chǎn)生電子-空穴對，形成非平衡載流子ΔnΔp，對于n型材料非平衡電子稱為非平衡多數(shù)載流子，非平衡空穴稱為非平衡少數(shù)載流子，對p型材料則相反。用光照使半導(dǎo)體內(nèi)部產(chǎn)生非平衡載流子的方法稱為非平衡載流子的光注入。光注入時，半導(dǎo)體電導(dǎo)率的變化為：Δσ=Δnqμn+Δpqμp（1）假設(shè)符合下列條件：（1）樣品所加的電場很小，以至少數(shù)載流子的漂移導(dǎo)電電流可忽略；（2）樣品是均勻的，即n0或列p0在樣品各處是相同的；（3）在樣品中沒有陷阱存在（即符合Δn=Δp）；（4）表面復(fù)合可以忽略不計；對器件性能的影響對器件性能的影響對于主要是依靠少數(shù)載流子輸運（擴散為主）來工作的雙極型半導(dǎo)體器件，少數(shù)載流子壽命是一個直接影響到器件性能的重要參量。這時，常常采用的一個相關(guān)參量就是少數(shù)載流子擴散長度L（等于擴散系數(shù)與壽命之乘積的平方根），L即表征少數(shù)載流子一邊擴散、一邊復(fù)合所能夠走過的平均距離。少數(shù)載流子壽命越長，擴散長度就越大