1、第五章第五章 非平衡載流子（非平衡半導(dǎo)體）非平衡載流子（非平衡半導(dǎo)體）1. GeN 313410,101cmpsp解：解：131731410101 10ppUcm s2. 空穴在半導(dǎo)體內(nèi)均勻產(chǎn)生，其產(chǎn)生率空穴在半導(dǎo)體內(nèi)均勻產(chǎn)生，其產(chǎn)生率00px0 xE22ppppEppppDEpgtxxx022dxpdDp解：解：由空穴連續(xù)性方程，由空穴連續(xù)性方程，pg由于雜質(zhì)均勻分布、體內(nèi)沒(méi)有電場(chǎng)、非平衡載流子均勻產(chǎn)生，所以，由于雜質(zhì)均勻分布、體內(nèi)沒(méi)有電場(chǎng)、非平衡載流子均勻產(chǎn)生，所以，pppgdtpd得到非平衡空穴所滿足的方程，得到非平衡空穴所滿足的方程， 達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)的非平衡空穴濃度，達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)的非

2、平衡空穴濃度， ppgp光照下，產(chǎn)生和復(fù)合達(dá)到穩(wěn)定時(shí)，光照下，產(chǎn)生和復(fù)合達(dá)到穩(wěn)定時(shí)， 0pppg0dpdt3. SiNsp6101132210scmgpcm 100解：解：1316226101010scmgppp半導(dǎo)體內(nèi)光生非平衡空穴濃度，半導(dǎo)體內(nèi)光生非平衡空穴濃度， 光照下，半導(dǎo)體的電導(dǎo)率，光照下，半導(dǎo)體的電導(dǎo)率，001619110.1 101.6 1013505003.1nppqScm光照下，半導(dǎo)體電阻率，光照下，半導(dǎo)體電阻率，cm33. 01 . 311光照下，電導(dǎo)中少數(shù)載流子（空穴）貢獻(xiàn)的比例，光照下，電導(dǎo)中少數(shù)載流子（空穴）貢獻(xiàn)的比例，%261 . 3500106 . 1101916

3、ppq4. sp5101解：解： 光照停止后的非平衡空穴濃度，光照停止后的非平衡空穴濃度，teptp0)()(0 0t tpp0p ep0停止停止2020微秒后，微秒后，%39)20(10200epsp5. 31431610,10cmpncmND解：解：無(wú)光照的電導(dǎo)率，無(wú)光照的電導(dǎo)率，1191602 . 21350106 . 110cmSnqpqnqnpn有光照的電導(dǎo)率，有光照的電導(dǎo)率，1191405 . 25001350106 . 1102 . 2)(cmSnqpn 光照下，光照下，半導(dǎo)體處于非平衡態(tài)，其偏離程度由電子準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)、空穴半導(dǎo)體處于非平衡態(tài)，其偏離程度由電子準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)、空穴準(zhǔn)費(fèi)米

4、能級(jí)描述。準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)描述。nFEpFECEVEFE 小注入時(shí)，小注入時(shí)，空穴準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)比平衡費(fèi)米能級(jí)更靠近價(jià)帶頂，但偏離小。空穴準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)比平衡費(fèi)米能級(jí)更靠近價(jià)帶頂，但偏離小。電子準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)比平衡費(fèi)米能級(jí)更靠近導(dǎo)帶底，且偏離大。電子準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)比平衡費(fèi)米能級(jí)更靠近導(dǎo)帶底，且偏離大。6. VECEiE光照前光照前光照后光照后iE7. 314315/10,/10cmpncmND0000explnFiiFiiEEnnnEEk Tk TneVnnEEiiF29. 01067. 6ln026. 0105 . 110ln026. 0ln026. 0410150沒(méi)有光照時(shí)，半導(dǎo)體的平衡費(fèi)米能級(jí)位置，沒(méi)有光照時(shí)

5、，半導(dǎo)體的平衡費(fèi)米能級(jí)位置，解：解： 00explnnnFiiFiiEEnnnEEk Tk Tn光照小注入下，導(dǎo)帶電子濃度，光照小注入下，導(dǎo)帶電子濃度，eVnnnEEiinF30. 01034. 7ln026. 0105 . 11010ln026. 0ln026. 041014150小注入下，電子準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)位置，小注入下，電子準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)位置， 00explnppiFiiFiEEppnEEk Tk Tn 小注入下，價(jià)帶空穴濃度，小注入下，價(jià)帶空穴濃度，eVnppEEipFi23.01067.6ln026.0105 .1101025.2ln026.0ln026.03101450小注入下，空穴準(zhǔn)費(fèi)米

6、能級(jí)，小注入下，空穴準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)， 8. 解：從題意知，解：從題意知，P P型半導(dǎo)體，小注入下，復(fù)合中心的電子產(chǎn)生率等于空穴捕獲率，型半導(dǎo)體，小注入下，復(fù)合中心的電子產(chǎn)生率等于空穴捕獲率，電子產(chǎn)生率電子產(chǎn)生率tns10expnrTkEENrsnctcntppnr空穴俘獲率空穴俘獲率AppppnNrprpprprnr001TkEENnctc01expNNTkEEEEcFctln0TkEENpF00exp對(duì)于一般的復(fù)合中心，對(duì)于一般的復(fù)合中心，rrrpn01pn 因?yàn)榘雽?dǎo)體本征費(fèi)米能級(jí)，因?yàn)榘雽?dǎo)體本征費(fèi)米能級(jí)， 對(duì)一般摻雜濃度的對(duì)一般摻雜濃度的P P型半導(dǎo)體，其平衡費(fèi)米能級(jí)遠(yuǎn)在禁帶中央能型半導(dǎo)體，其

7、平衡費(fèi)米能級(jí)遠(yuǎn)在禁帶中央能級(jí)以下。從上式中得出復(fù)合中心能級(jí)遠(yuǎn)在本征費(fèi)米能級(jí)以上（離導(dǎo)級(jí)以下。從上式中得出復(fù)合中心能級(jí)遠(yuǎn)在本征費(fèi)米能級(jí)以上（離導(dǎo)帶底很近，離本征費(fèi)米能級(jí)很遠(yuǎn)），因而它不是有效復(fù)合中心。帶底很近，離本征費(fèi)米能級(jí)很遠(yuǎn)），因而它不是有效復(fù)合中心。NNTkEEEcciln210所以，所以，F(xiàn)iitEEEE9. itEE 本征半導(dǎo)體，小注入，本征半導(dǎo)體，小注入，證明：證明：)()()(001010ppnrrNppprpnnrUpnptpn非平衡載流子壽命，非平衡載流子壽命，inpnp2)(00npntptnptpnrNrNrrNrr11inpn00inpn1110. 16310tNcm小注

8、入時(shí)，小注入時(shí)，N N型半導(dǎo)體非平衡少子空穴的壽命主要由金復(fù)合中心決定，型半導(dǎo)體非平衡少子空穴的壽命主要由金復(fù)合中心決定，scmrp/1015. 137scmrn/103 . 638 srNptp10716109 . 81015. 11011 srNntn9816106 . 1103 . 61011在在N N型硅中，金的受主能級(jí)起作用，金負(fù)離子對(duì)空穴的俘獲系數(shù)，型硅中，金的受主能級(jí)起作用，金負(fù)離子對(duì)空穴的俘獲系數(shù)，解：根據(jù)解：根據(jù)PP158PP158給出數(shù)據(jù)，給出數(shù)據(jù)，在在P P型硅中，金的施主能級(jí)起作用，金正離子對(duì)電子的俘獲系數(shù)，型硅中，金的施主能級(jí)起作用，金正離子對(duì)電子的俘獲系數(shù)，小注入時(shí)

9、，小注入時(shí)，P P型半導(dǎo)體非平衡少子電子的壽命主要由金復(fù)合中心決定，型半導(dǎo)體非平衡少子電子的壽命主要由金復(fù)合中心決定，11. 解：根據(jù)單一復(fù)合中心得到的間接復(fù)合的凈復(fù)合率公式，解：根據(jù)單一復(fù)合中心得到的間接復(fù)合的凈復(fù)合率公式，)()()(112pprnnrnnprrNUpnipnt0,2Unnpi（凈復(fù)合）（凈復(fù)合） 凈產(chǎn)生凈產(chǎn)生在載流子完全耗盡的半導(dǎo)體區(qū)域，在載流子完全耗盡的半導(dǎo)體區(qū)域，inpn, 0, 00,2Unnpi在只有少數(shù)載流子被耗盡的半導(dǎo)體區(qū)域，如對(duì)于在只有少數(shù)載流子被耗盡的半導(dǎo)體區(qū)域，如對(duì)于N N型半導(dǎo)體，型半導(dǎo)體，00, 0nnnnnppp 凈產(chǎn)生凈產(chǎn)生0,2Unnpi在在

10、的半導(dǎo)體區(qū)域，的半導(dǎo)體區(qū)域，inpn12. itpDEEscmN,101105316，scmpRGp3954103 . 210103 . 2解：因?yàn)樯僮涌昭ǖ臐舛龋猓阂驗(yàn)樯僮涌昭ǖ臐舛龋?p所以，所以，3416210200103 . 210105 . 1cmNnppppDi達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)，少子產(chǎn)生率，達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)，少子產(chǎn)生率，13. sVcmsnn/3600,105 .324解：由愛(ài)因斯坦關(guān)系式，得到電子擴(kuò)散系數(shù)，解：由愛(ài)因斯坦關(guān)系式，得到電子擴(kuò)散系數(shù)，nnnnqTkDqTkD00電子擴(kuò)散長(zhǎng)度，電子擴(kuò)散長(zhǎng)度， cmqTkDLnnnnn12/1432/10108 . 1105 . 3106 . 30

11、26. 014. 2400/pcmV s解：由愛(ài)因斯坦關(guān)系式，得到空穴擴(kuò)散系數(shù)，解：由愛(ài)因斯坦關(guān)系式，得到空穴擴(kuò)散系數(shù)，xp43 10cmscmqTkDpp/4 .10400026.020空穴擴(kuò)散濃度梯度，空穴擴(kuò)散濃度梯度， 191821.6 1010.4 3.3 105.5/ppdpJqDA cmdx151844103.3 103 10dpcmdx 空穴擴(kuò)散電流密度，空穴擴(kuò)散電流密度， 15. sVcmcmncmNcmnt/135010,10,123100315，解：由電阻率查表解：由電阻率查表PP124PP124圖圖4-154-15（b b），得到半導(dǎo)體平衡多子濃度，），得到半導(dǎo)體平衡多子

12、濃度， srNntn8815106 .1103 .61011邊界處電子擴(kuò)散電流密度，邊界處電子擴(kuò)散電流密度，非平衡少子壽命，非平衡少子壽命，316010cmNpAp平衡少子濃度平衡少子濃度34162100103 .210105 .1cmnp00000191045280.026 13501.6 10102.3 107.5 10/1.6 10nnnnnxnnnqDnDk Td nJqDqnqndxLqA cm非平衡少子分布（半導(dǎo)體無(wú)限厚），非平衡少子分布（半導(dǎo)體無(wú)限厚）， 0nxLn xne 16. ssVcmcmpcmpp623130105,/500,10,3解：由電阻率查表，得平衡多子（電子）

13、濃度和少子（空穴）遷移率，解：由電阻率查表，得平衡多子（電子）濃度和少子（空穴）遷移率，315010cmNnDn平衡少子濃度，平衡少子濃度，35152100103 .210105 .1cmnp從表面處向半導(dǎo)體內(nèi)擴(kuò)散的少子空穴擴(kuò)散電流密度，從表面處向半導(dǎo)體內(nèi)擴(kuò)散的少子空穴擴(kuò)散電流密度，32000002.6 10/pppppxpppqDDk Td pJqDpqpqpA cmdxLqsVcmp/5002 pLxepxp0非平衡少子在半導(dǎo)體內(nèi)的分布（半導(dǎo)體無(wú)限厚），非平衡少子在半導(dǎo)體內(nèi)的分布（半導(dǎo)體無(wú)限厚）， 半導(dǎo)體內(nèi)非平衡空穴濃度等于半導(dǎo)體內(nèi)非平衡空穴濃度等于 對(duì)應(yīng)的位置，對(duì)應(yīng)的位置，31210cm

14、12130621010ln10ln102.30.065005 101.9 10pxLpppek TxLqcm 17. scmssscmgcmpp/100,10/10,15317，解：解： 000()0ssxUspsp xpsp xp穩(wěn)態(tài)下，根據(jù)（穩(wěn)態(tài)下，根據(jù)（5-1625-162）空穴濃度分布，）空穴濃度分布， 01pxLpppppsp xpgeLs得到在半導(dǎo)體表面處空穴濃度，得到在半導(dǎo)體表面處空穴濃度，由于由于 ，查圖，查圖4-154-15（b)b)，得到，得到， cmqTkDLppppp25010110430026. 0cm 1315/103cmND查圖查圖4-14 4-14 得到空穴遷移

15、率得到空穴遷移率 ，空穴擴(kuò)散長(zhǎng)度，空穴擴(kuò)散長(zhǎng)度， sVcmp/43021 1、單位時(shí)間、單位表面積的表面復(fù)合空穴數(shù)，、單位時(shí)間、單位表面積的表面復(fù)合空穴數(shù)，得到單位時(shí)間、單位表面積在離表面三個(gè)擴(kuò)散長(zhǎng)度體積內(nèi)復(fù)合的空穴數(shù)，得到單位時(shí)間、單位表面積在離表面三個(gè)擴(kuò)散長(zhǎng)度體積內(nèi)復(fù)合的空穴數(shù)，pLxpppppppesLgsgppp00025517113225011010101019.1 10101010pxLpppxppsp xpgeLscm2 2、由下式，、由下式， 1321000()09.1 10ssxUspsp xpsp xpcms330033313pppxLLLppppppppppppppppp

16、pppspdxgLedxLssg Lsg LL geL gLsLs1532.910/ cm s得到，得到，18. 由氧化（溫度由氧化（溫度11801180） 后表面復(fù)合中心濃度后表面復(fù)合中心濃度 ，得，得到金復(fù)合中心在硅片中的均勻分布濃度，到金復(fù)合中心在硅片中的均勻分布濃度，解、解、10210 /tsNcm55515310101010 /tNcm1 1、硅片內(nèi)少子空穴的壽命，、硅片內(nèi)少子空穴的壽命，1pptr N由教材由教材PP158PP158第第6 6行給出的數(shù)據(jù)，行給出的數(shù)據(jù)，731.15 10/prcms得到，得到， 9715118.7 101.15 1010pptsr N硅片中總雜質(zhì)濃度，硅片中總雜質(zhì)濃度，16151632 10102.1 10iDtNNNcm 查表查表4-144-14，得到少子空穴的遷移率，得到少子空穴的遷移率，2350/pcmV s硅片表面復(fù)合速度，硅片表面復(fù)合速度，得到少子空穴的擴(kuò)散系數(shù)，得到少子空穴的擴(kuò)散系數(shù)，200.026 3508.75/ppk TDcmsq948.75 8.7 102.76 10pppLDcm得到少子擴(kuò)散長(zhǎng)度，得到少子擴(kuò)散長(zhǎng)度，71031.15 10101.15 10/ptssr Ncm s得到，得到，0039491783439011.15 108.7 101.18 108.7