流子的瞬态输运过程

载流子漂移
电阻率的测量
最常用的方法为四探针法，如图，其中探针间的距离相等，一个从恒定电
流源来的小电流 I，流经靠外侧的两个探针，而对于内侧的两个探针 间，测量其电压值V。就一个薄的半导体样品而言，若其厚度为W， 且W远小于样品直径d，其电阻率为
V W CF ( cm). I
其 中 CF 表 示 校 正 因 数 （correction factor）.校正 因数视 d/s 比例而定，其 中s为探针的间距。当 d/s>20，校正因数趋近于 4.54.
载流子漂移
电导率(conductivity)与电阻率(resistivity)： 电导率与电阻率互为倒数，均是描述半导体导电性能的基 本物理量。电导率越大，导电性能越好。 半导体的电导率由以下公式计算：
q n n p p
1 . q(nn p p ) 1
p , Dp
20 10 5
1018 1019
1020
100
扩散系数/(cm 2 s -1 )
电子及空穴的迁移率皆随 着杂质浓度的增加而减少， 并于最后在高浓度下达到一 个最小值；
p , Dp
10
15
2 1
10
16
10
17
10000
GaAs
200
扩散系数/(cm 2 s -1 )
迁移率在低杂质浓度下达 到一最大值，这与晶格散射 所造成的限制相符合；
2000
50 Si
迁移率/[cm2 (V S ) 1 ]
10 5
200 100 50 10 20
14
迁移率/[cm2 (V S )
100
50
电子的迁移率大于空穴的 迁移率，而较大的电子迁移 率主要是由于电子较小的有 效质量所引起的。

（西 北核技 术研 究所 激光 与物 质相 互作 用 国家重点 实验 室，陕西 西安 ７１００２４）
摘 要 ：为研 究光伏探测 器瞬 态响应特性在短脉 冲激光作 用下 的变化规律 ，以一种 室温下零偏压 工作的 ＨｇＣｄＴｅ光 电二极 管为 实验对 象，测量 了该 器件对脉 冲宽度约 １６ｎｓ的不 同强度响应波段 内激光的响应信 号波形 。在探测 器的对数线性响应 区内，随着入射激光 能量 密度从 约 ７．２ ｎＪ／ｃｍ 增 大到 ７５ ｔｘＪ／ｃｍｚ，响应波 形 的宽度逐渐增大 ，半 高宽约 由 ５５ｎｓ增大到 ２３５ ｎｓ，底 宽约 由 １７０ｎｓ增大到 ３８０ａｓ。脉冲响应波形的展 宽 意味 着器件的瞬态响应特性发 生了退化。通过 分析 强注入条件 下光 电二极 管准 中性 区光 生栽流子 扩散过 程 ，以及结 电场与结电容 变化对过剩栽流子输运过程 的影响 ，对上述光伏探 测器瞬态响应特性退化 的特征 进 行 了机 理 解释 。 关 键词 ：激光辐照效应 ； 光伏探 测器 ； 瞬态响应 ； 脉 冲信号展 宽 ； ＨｇＣｄＴｅ 中 图 分 类 号 ：ＴＮ２１５；ＴＮ２４９ 文 献 标 志 码 ：Ａ ＤＯＩ：ｌ０．３７８８／ＩＲＬＡ２０１８４７．０１０６００１
（Ｓｔａｔｅ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒｍｏ￣ ｏｆ Ｌａｓｅｒ Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ ｗｉｔｈ Ｍ ａｔｔｅｒ，Ｎｏ￣ｈｗｅｓｔ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｎｕｃｌｅａｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｘｉ ａｎ ７１００２４，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅ ｔｈｅ ｔｒａｎｓｉｅｎｔ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ ｄｅｔｅｃｔｏｒｓ ｉｒｒａｄｉａｔｅｄ ｂｙ ｓｈｏｒｔ—ｐｕｌｓｅ ｌａｓｅｒ，ｔｈｅ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｗａｖｅｆｏｒｍ ｓ ｏｆ ａ ＨｇＣｄＴｅ ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ ｔｏ ｌａｓｅｒ ｐｕｌｓｅｓ ｗｉｔｈ １６ ｎｓ ｄｕｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｌａｓｅｒ ｉｎｔｅｎｓｉｔｉｅｓ ｗｅｒｅ ｍ ｅａｓｕｒｅｄ。 Ｔｈｅ ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ ｗｏｒｋｅｄ ｗｉｔｈ ｒｏｏｍ ｔｅｍ ｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ ｚｅｒｏ ｂｉａｓ，ａｎｄ ｔ ｈ ｅ ｌａｓｅｒ ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ｗａｓ ｉｎ ｔｈ ｅ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｓｐｅｃｔｒｕｍ ｏｆ ｔｈｅ ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ．Ｉｎ ｔｈｅ ｄｅｔｅｃｔｏｒ Ｓ ｌｉｎｅａｒｌｙ ｌｏｇａｒ ｉｔ ｈ ｍｉｃ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｚｏｎｅ，ｔｈ ｅ ｓｉｇｎａｌ ｗａｖｅｆｏｒｍ ｂｒｏａｄｅｎｅｄ ｇｒａｄｕａｌｌｙ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｎｃｉｄｅｎｔ ｌａｓｅｒ ｅｎｅｒｇｙ ｄｅｎｓｉｔｙ ｆｒｏｍ ７．２ ｎＪ／ｃｍ。ｔｏ ７５ ＩｘＪ／ｃｍ ．Ｔｈｅ ｆｕｌ１ ｗｉｄｔｈ ａｔ ｈａｌｆ ｍ ａｘｉｍｕｍ ｏｆ ｓｉｇｎａｌ ｗ ａｖｅｆｏｒｍ ｒｏｓｅ ｔｏ ２３５ ｎｓ ｆｒｏｍ ５５ ａｓ，ａｔ ｔｈｅ ｓａｍ ｅ ｔｉｍ ｅ ｔ ｈｅ ｂｏｔｔｏｍ ｗｉｄｔｈ ｒｏｓｅ ｔｏ ３８０ ｎｓ ｆｒｏｍ １７０ ｎｓ．Ｔｈｅ ｐｕｌｓｅ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｂｒｏａｄｅｎｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ ｄｅｔｅｃｔｏｒ ｉｍ ｐｌｉｅｄ ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ ｏｆ ｉｔｓ ｔｒａｎｓｉｅｎｔ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ．Ｔｈｅ ｍ ｅｃｈａｎｉｓｍ ｏｆ ｔｈｅ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ ｗ ａｓ ｅｘｐｌａｉｎｅｄ ｖｉａ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｎ ｔｈｅ ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｐｈｏｔｏｃａｒｒｉｅｒｓ ｉｎ ｔｈｅ ｑｕａｓｉｎｅｕｔｒａｌ ｒｅｇｉｏｎ

Bolzmann输运方程求解方法
近似解析法
微分方程法 麦克斯韦分布函数法 移位麦克斯韦分布函数法
数值计算法
迭代法 蒙特卡罗算法
平衡方程法
移位麦克斯韦分布函数法
移位麦克斯韦分布函数是用移位麦克斯韦分布函数来描 述载流子在动量空间的瞬态分布，也称为量子动力学方法.
该方法较适合于高载流子浓度的情况，这时载流于间散 射将是主要的弛豫机构，能量和动量弛豫都可以通过载流子 间的散射来进行，这时载流子由电场所获得的动量在传递给 晶格之前将先在载流子之间进行分配，所有载流子都将有一 个共同的动量或一致的漂移速度vd。载流子作为整体可看成 为—个相对独立的系统，它从电场获得一定的漂移速度,而在 载流子系统内部则遵从麦克斯韦分布,但该分布将在速度空间 移位一个共同的Vd,因此,称为移位麦克斯分布函数.
降低工作温度和掺杂浓度, 将有利于提高过冲速度.
三、 关于计算方法的说明
半导体中载流子的输运性质一般可用Bolzmann输运方程来描述
f t v f r q k f k d k [f( k ) w ( k ,k ) f( k ) w ( k ,k )
v 1 E k
Bolzmann输运方程三个假设: 1. 可以采用有效质量和能带模型; 2. 碰撞过程在空间和时间上都是短暂瞬时的 3. 散射与电场无关
可以说，速度过冲效应是动量很大、而能量(或电于温 度)较低的非热电子在强电场作用下的—种瞬态输运过程中 的现象。在半导体器件中．电了从低电场区进入高电场区的 开始瞬间，也会有这种瞬态现象。
不仅电子从低电场区进入高电场区时有一瞬态过 程．而且当电子从高电场区进入低电场区时也同样存在 有一瞬态过程—速度下冲效应．即漂移速度低于相应定 态值的现象。

一．填空题1．能带中载流子的有效质量反比于能量函数关于波矢的_________，引入有效质量的意义在于其反应了晶体资料的_________的作用。

（二阶导数，内部势场）2．半导体导带中的电子浓度取决于导带的_________ （即量子态按能量怎样散布）和_________（即电子在不一样能量的量子态上怎样散布）。

（状态密度，费米散布函数）, 费米能级较高的半导体界面一侧带________电，达到热均衡后3．两种不一样半导体接触后二者的费米能级________。

（正，相等）4．半导体硅的价带极大值位于空间第一布里渊区的中央，其导带极小值位于________方向上距布里渊区界限约0.85 倍处，所以属于_________半导体。

（ [100] ，间接带隙）5．空隙原子和空位成对出现的点缺点称为_________；形成原子空位而无空隙原子的点缺陷称为 ________。

（弗仑克耳缺点，肖特基缺点）6．在必定温度下，与费米能级持平的量子态上的电子占有概率为_________，高于费米能级 2kT 能级处的占有概率为 _________。

（ 1/2， 1/1+exp(2) ）7．从能带角度来看，锗、硅属于_________半导体，而砷化稼属于_________半导体，后者有益于光子的汲取和发射。

（间接带隙，直接带隙）8．往常把听从 _________的电子系统称为非简并性系统，听从_________的电子系统称为简并性系统。

（玻尔兹曼散布，费米散布）9. 关于同一种半导体资料其电子浓度和空穴浓度的乘积与_________相关，而关于不一样的半导体资料其浓度积在必定的温度下将取决于_________的大小。

（温度，禁带宽度）10. 半导体的晶格构造式多种多样的，常有的Ge 和 Si 资料，其原子均经过共价键四周体相互联合，属于 ________构造；与 Ge 和 Si 晶格构造近似，两种不一样元素形成的化合物半导体经过共价键四周体还能够形成_________和纤锌矿等两种晶格构造。