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載流子:晶體中荷載電流(或傳導電流)的粒子。金屬中為電子,半導體中有兩種載流子即電子和空穴。

1 載流子 -學術解釋

  "載流子" 在學術文獻中的解釋:
  1、不論是N型半導體中的自由電子,還是P型半導體中的空穴,它們都參與導電,統稱為「載流子」.「載流子」導電是半導體所特有的
  2、關於氣體導電眾所周知,導體之所以容易導電,是因為「導體中存在大量的可以自由移動的帶電物質微粒,稱為載流子.在外電場的作用下,載流子作定向運動,形成明顯的電流」

2 載流子 -學術定義

  在半導體中載運電流的帶電粒子——電子和空穴,又稱自由載流子。在一定溫度下,半導體處於熱平衡狀態,半導體中的導電電子濃度n0和空穴濃度p0都保持一個穩定的數值,這種處於熱平衡狀態下的導電電子和空穴稱為熱平衡載流子。

3 載流子 -參考資料-推算公式

  在本徵半導體中只發生熱激發時,電子數目等於空穴數目,這時熱平衡載流子濃度為
  式中m0為電子質量,kg;mn*為電子有效質量,kg; mp*為空穴有效質量,kg;k為玻耳茲曼常數,J/K;Eg為禁帶寬度,eV;ni為本徵載流子濃度,cm-3;T為絕對溫度,K。
  對於雜質半導體,N型半導體中的電子和P型半導體中的空穴稱為多數載流子(簡稱多子),而N型半導體中的空穴和P型半導體中的電子稱為少數載流子(簡稱少子)。在強電離的情況下,N型半導體中多子濃度nn及少子濃度pn分別為
  P型半導體中多子濃度pp及少子濃度np分別為
  上二式中ND為施主雜質濃度,cm-3;NA為受主雜質濃度,cm-3。
  如果對半導體施加外界作用(如用光的或電的方法),破壞了熱平衡條件,使半導體處於與熱平衡狀態相偏離的狀態,則稱為非平衡狀態。處於非平衡狀態的半導體,其載流子比平衡狀態時多出來的那一部分載流子稱為非平衡載流子。在N型半導體中,把非平衡電子稱為非平衡多數載流子,非平衡空穴稱為非平衡少數載流子。對P型半導體則相反。在半導體器件中,非平衡少數載流子往往起著重要的作用。

4 載流子 -壽命

  載流子壽命 life time of carriers
  非平衡載流子在複合前的平均生存時間,是非平衡載流子壽命的簡稱。在熱平衡情況下,電子和空穴的產生率等於複合率,兩者的濃度維持平衡。在外界條件作用下(例如光照),將產生附加的非平衡載流子,即電子—空穴對;外界條件撤消后,由於複合率大於產生率,非平衡載流子將逐漸複合消失掉,最後回復到熱平衡態。非平衡載流子濃度隨時間的衰減規律一般服從exp(-t/τ)的關係,常數τ表示非平衡載流子在複合前的平均生存時間,稱為非平衡載流子壽命。在半導體器件中,由於非平衡少數載流子起主導作用,因此τ常稱為非平衡少數載流子壽命,簡稱少子壽命。τ值範圍一般是10-1~103μs。複合過程大致可分為兩種:電子在導帶和價帶之間直接躍遷,引起一對電子—空穴的消失,稱為直接複合;電子—空穴對也可能通過禁帶中的能級(複合中心)進行複合,稱為間接複合。每種半導體的r並不是取固定值,將隨化學成分和晶體結構的不同而大幅度變化,因此,壽命是一種結構靈敏參數。τ值並不總是越大越好。對於Si單晶棒和晶體管的靜態特性來說,希望τ值大些。但是,對於在高頻下使用的開關管,卻往往需要摻雜(擴散金),以增加金雜質複合中心,降低τ值,提高開關速度。近年來,在電力電子器件生產中,常用電子束輻照代替摻金,降低τ值。在Si和GaAs材料、器件和集成電路生產過程中,τ值是必須經常檢測的重要參數。
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