虽然?n=?p，但对于多数载流子和少数载流子，非平衡载流子的所产生影响不同。非平衡多子浓度相对平衡值往往可以忽略，而非平衡少子则有可能比平衡值大若干个数量级。以室温下n型半导体为例，假设施主浓度为1016cm-3，可近似取n0=1016cm-3，p0=104cm-3。如对表面进行光照，使表面处非平衡载流子浓度?n=?p=1010cm-3。可以明显看出，?n只增加了多子浓度的百万分之一，而?p则使少子浓度增加一百万倍。因此，产生非平衡载流子的过程往往被称为非平衡少子的生成或注入。第62页，共99页，星期日，2025年，2月5日稳定状态下载流子的复合和产生是处在一个动态平衡状态。当撤消光照后，复合过程将占优势，从而载流子浓度将随时间衰减。这一过程可用一个时间参数?来表征，使?p随时间变化满足：上式中，?称为非平衡少子的平均寿命，它表征的是非平衡少子减少到原值的1/e所经历的时间。从上式可以看出，非平衡载流子浓度随时间按指数规律衰减。第63页，共99页，星期日，2025年，2月5日非平衡载流子的复合机理在前面提到非平衡载流子浓度的衰减(少子的寿命)取决于复合过程。载流子的复合机理？直接复合：导带中的电子释放近似等于禁带宽度Eg的能量跃迁入价带中的空状态而成为价带中的电子(能量变化而非空间位置变化)。间接复合：电子在深能级与导带或价带间的跃迁。第64页，共99页，星期日，2025年，2月5日直接复合直接复合包含三个可能过程：1、辐射复合2、无辐射复合3、俄歇式复合第65页，共99页，星期日，2025年，2月5日辐射复合受激态末态光子电子能量以发射光子的形式释放，光子能量h??Eg。第66页，共99页，星期日，2025年，2月5日无辐射复合受激态末态声子电子的能量转移给晶格振动，即转变为声子。声子：晶格振动的能量是量子化的，与光子相仿，这种能量量子称为声子。第67页，共99页，星期日，2025年，2月5日俄歇式复合空穴电子将大于Eg的能量转移给另一个电子，自身与价带空穴复合，而后者由于获得能量而受激至高能态甚至逸出到半导体外。真空能级E3E2E1E4EC第68页，共99页，星期日，2025年，2月5日间接复合涉及深能级的复合是间接复合。促进载流子复合的深能级称为复合中心。电子俘获、空穴俘获电子发射、空穴发射ABCD第69页，共99页，星期日，2025年，2月5日涉及复合中心的间接复合过程与下列四个具体过程有关导带电子落入复合中心，即复合中心俘获电子；(B)复合中心向导带发射电子；(C)复合中心向价带发射电子，即复合中心俘获空穴；(D)复合中心俘获价带电子，即复合中心向价带发射空穴。ABCDErECEV第70页，共99页，星期日，2025年，2月5日6.2半导体中载流子的统计分布半导体中载流子的运动及其对外场的响应决定半导体的许多特性。了解热平衡时载流子在能带中对能量的分布是分析这类问题的基础。本节将讨论不同温度下载流子在能带及浅能级上的统计分布。绝热近似：完全不考虑电子与晶格振动的能量交换。事实上单电子近似的能带论也是建立在绝热近似的框架上的。第30页，共99页，星期日，2025年，2月5日电子和空穴的数密度电子是费米子，遵循费米-狄拉克分布，即能量为E的能级在温度为T时被电子占据的几率由费米分布函数描述：导带中电子的数密度：其中gc(E)为导带电子态密度，即单位体积半导体导带中单位能量间隔的状态数。第31页，共99页，星期日，2025年，2月5日价带中空穴数密度可表示为：考虑导带底和价带顶均在k空间原点并且具有各向同性的能带关系的简单情形，有如下关系式：价带中空穴占据的几率为就是不为电子所占据的几率，即第32页，共99页，星期日，2025年，2月5日根据第三章，电子态密度在能量标度下的表达式：可得导带底和价带顶附近的状态密度：第33页，共99页，星期日，2025年，2月5日对于半导体，通常导带中的电子和价带中的空穴数量都很少，因此对于导带有：对于价带有：即费迷分布约化为波尔兹曼分布。第34页，共99页，星期日，2025年，2月5日导带电子数密度称Nc为导带电子有效状态密度。第35页，共99页，星期日，2025年，2月5日价带空穴数密度称NV为价带空穴有效状态密度。第36页，共99页，星期日，2025年，2月5日本征载流子浓度前面我们已经得到导带中电子和价带中的空穴数密度n和p的表达式。由此可得n和p的乘积为：式中Eg=EC-EV