非本征半导体中少数载流子扩散长度的稳态表面光-有色金属标准质量

半导体中非平衡少子载流子寿命长,led效率高概述说明1. 引言1.1 概述半导体材料在现代电子技术中扮演着重要的角色，尤其是半导体中非平衡少子载流子寿命长和LED效率高这两个特点。

非平衡少子载流子寿命指的是在半导体材料中，载流子的寿命相对较长且不会立即衰减至热平衡状态，这使得半导体器件能够以更高效率地传递电荷。

而LED（Light Emitting Diode）则是一种基于半导体发光原理的电子器件，具有高效率、低能耗、长寿命等优点。

1.2 文章结构本文将分为四个主要部分进行阐述。

首先，在第二部分“非平衡少子载流子寿命长”中，将定义和解释非平衡少子载流子寿命，并介绍其影响因素以及在实际应用中的意义。

然后，在第三部分“高效LED效率”中，将详细探讨LED的原理和工作机制，并介绍提高LED效率的关键技术以及其在实际应用中的发展前景。

最后，在第四部分“结论”中对全文进行总结，并提出进一步研究的方向。

1.3 目的本文旨在深入探讨半导体中非平衡少子载流子寿命长和LED效率高这两个特点，并分析其在电子技术中的应用和意义。

通过本文的阐述，读者将能够更好地理解半导体器件中少子载流子寿命以及LED效率的相关概念，并对其产生深入的认识和了解。

同时，本文也旨在为进一步研究和开发高效的半导体器件提供一定的参考和借鉴。

2. 非平衡少子载流子寿命长:2.1 定义和解释:非平衡少子载流子寿命是指在半导体材料中，当注入电荷之后，在没有外加电场或电压的情况下，所存在的载流子（即电子和空穴）不再重新复合的时间。

寿命长表示非平衡少子在半导体中存在的时间较长。

2.2 影响因素:非平衡少子载流子寿命受到多个因素的影响。

其中包括材料属性、晶格缺陷、温度和注入载流子浓度等。

首先，材料的结晶质量和纯度直接影响着寿命长短。

较高质量和纯净度的材料通常具有更长的非平衡少子载流子寿命。

而晶格缺陷会提供额外的复合位置，并降低寿命。

其次，温度对于非平衡少子载流子寿命也有重要影响。

国科⼤-半导体器件物理第⼀章半导体物理基础1.主要半导体材料的晶体结构。

简单⽴⽅(P/Mn)、体⼼⽴⽅(Na/W)、⾯⼼⽴⽅(Al/Au)⾦刚⽯结构：属⽴⽅晶系，由两个⾯⼼⽴⽅⼦晶格相互嵌套⽽成。

Si Ge闪锌矿结构（⽴⽅密堆积），两种元素，GaAs, GaP等主要是共价键纤锌矿结构（六⽅密堆积），CdS, ZnS闪锌矿和纤锌矿结构的异同点共同点：每个原⼦均处于另⼀种原⼦构成的四⾯体中⼼，配种原⼦构成的四⾯体中⼼，配位数4不同点：闪锌矿的次近邻，上下彼此错开60，⽽纤锌矿上下相对2.⾦属、半导体和绝缘体能带特点。

1）绝缘体价电⼦与近邻原⼦形成强键，很难打破，没有电⼦参与导电。

能带图上表现为⼤的禁带宽度，价带内能级被填满，导带空着，热能或外场不能把价带顶电⼦激发到导带。

2）半导体近邻原⼦形成的键结合强度适中，热振动使⼀些键破裂，产⽣电⼦和空⽳。

能带图上表现为禁带宽度较⼩，价带内的能级被填满，⼀部分电⼦能够从价带跃迁到导带，在价带留下空⽳。

外加电场，导带电⼦和价带空⽳都将获得动能，参与导电。

3）导体导带或者被部分填充，或者与价带重叠。

很容易产⽣电流3.Ge, Si，GaAs能带结构⽰意图及主要特点。

1）直接、间接禁带半导体，导带底，价带顶所对应的k是否在⼀条竖直线上2）导带底电⼦有效质量为正，带顶有效质量为负3）有效质量与能带的曲率成反⽐，导带的曲率⼤于价带，因此电⼦的有效质量⼤；轻空⽳带的曲率⼤，对应的有效质量⼩4.本征半导体的载流⼦浓度，本征费⽶能级。

5.⾮本征半导体载流⼦浓度和费⽶能级。

<100K 载流⼦主要由杂质电离提供杂质部分电离区(凝固区) 。

100~500K，杂质渐渐全部电离，在很⼤温度范围内本征激发的载流⼦数⽬⼩于杂质浓度，载流⼦主要由掺杂浓度决定。

饱和电离区。

>500K，本征激发的载流⼦浓度⼤于掺杂浓度，载流⼦主要由本征激发决定。

本征区。

6.Hall效应，Hall迁移率。

思考题与练习题第一章半导体中的电子状态1、比较说明孤立原子中的电子、自由电子、晶体中的电子的运动状态？2、定性比较说明导体、绝缘体、半导体导电能力差异物理机制。

3、说明描述晶体中的电子的有效质量的物理含义，与自由电子的惯性质量有何区别，其引入有何好处？4、空穴的物理含义？5、简述半导体的导电机构，与金属比较。

6、解释等能面，简述回旋共振测量有效质量的原理7、简述Si、Ge的能带结构特征8、简述GaAs的能带结构特征9、比较CdTe、HgTe的能带结构10、Ⅲ－Ⅴ族或Ⅱ－Ⅵ族或Ⅳ族半导体中，那些可以形成混合晶体，其能带结构随组分的变化而如何变化？这些混合晶体有何应用？11、晶格常数为0.25nm的一维晶格，当外加102V/m、107V/m的电场时，分别计算出电子从能带底运动到能带顶的时间12、设晶格常数为a的一维晶格，导带极小值Ec（k）和价带极大值附近能量分别为：第三章半导体中载流子的统计分布思考题1、半导体处于怎样的状态才能叫处于热平衡状态？其物理意义如何？一单晶硅棒，在分别受太阳光照和处于暗态时，何时是处于热平衡状态？一单晶硅棒，在两头温度分别为40摄氏度和80摄氏度时，该材料可以处于热平衡态吗？2、什么叫统计分布函数？费米分布和玻尔兹曼分布的函数形式有何区别？在怎样的条件下前者可以过渡为后者？为什么半导体中载流子分布可以用波尔兹曼分布描述？3、说明费米能级E F的物理意义。

根据E F位置如何计算半导体中电子和空穴浓度？如何理解费米能级E F是掺杂类型和掺杂程度的标志？4、在半导体计算中，经常应用E-E F>>k0T这个条件把电子从费米统计过渡到玻尔兹曼统计，试说明这种过渡的物理意义？5、写出半导体的电中性方程，此方程在半导体中有何重要意义？6、若n－Si中掺入受主杂质，E F升高还是降低？若温度升高到本征激发起作用时，E F在什么位置？为什么？7、如何理解分布函数与状态密度的乘积再对能量积分即可求得电子浓度？8、为什么硅半导体器件比锗半导体器件的工作温度高？9、说明载流子浓度乘积：n0p0=n i2的物理意义。

1•迁移率参考答案：单位电场作用下，载流子获得的平均定向运动速度，反映了载流子在电场作用下的输运能力，是半导体物理中重要的概念和参数之一。

迁移率的表达式为：-1*m可见，有效质量和弛豫时间（散射）是影响迁移率的因素。

影响迁移率的主要因素有能带结构（载流子有效质量）、温度和各种散射机构。

- neq pei p2•过剩载流子参考答案：在非平衡状态下，载流子的分布函数和浓度将与热平衡时的情形不同。

非平衡状态下的载流子称为非平衡载流子。

将非平衡载流子浓度超过热平衡时浓度的部分，称为过剩载流子。

非平衡过剩载流子浓度：A n =n _n0,A p = p _p0，且满足电中性条件：A n =^p。

可以产生过剩载流子的外界影响包括光照（光注入）、外加电压（电注入）等。

2对于注入情形，通过光照或外加电压（如碰撞电离）产生过剩载流子：np n，对于抽取2情形，通过外加电压使得载流子浓度减小：n p：：：n。

3. n型半导体、p型半导体N型半导体：也称为电子型半导体.N型半导体即自由电子浓度远大于空穴浓度的杂质半导体•在纯净的硅晶体中掺入五价元素（如磷），使之取代晶格中硅原子的位置，就形成了N型半导体•在N型半导体中，自由电子为多子，空穴为少子，主要靠自由电子导电•自由电子主要由杂质原子提供，空穴由热激发形成•掺入的杂质越多，多子（自由电子）的浓度就越高，导电性能就越强•P型半导体：也称为空穴型半导体P型半导体即空穴浓度远大于自由电子浓度的杂质半导体•在纯净的硅晶体中掺入三价元素（如硼），使之取代晶格中硅原子的位子，就形成P型半导体•在P型半导体中，空穴为多子，自由电子为少子，主要靠空穴导电•空穴主要由杂质原子提供自由电子由热激发形成•掺入的杂质越多，多子（空穴）的浓度就越高，导电性能就越强•4. 能带当N个原子处于孤立状态时，相距较远时，它们的能级是简并的，当N个原子相接近形成晶体时发生原子轨道的交叠并产生能级分裂现象。

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哈尔滨工业大学一九九九年研究生考试试题考试科目：半导体物理学报考专业：微电子与固体电子学（半导体材料）一、说明下列概念或名词的物理意义（２０分）１、有效质量２、载流子散时３、状态密度４、陷阱中心５、光电导６、空穴７、直接复合与间接复合８、少子寿命９、热载流子１０、受主杂质与施主杂质二、简述１、用能带论定性地说明导体，半导体和绝缘体的导电性（１０分）２、什么是良好的欧姆接触，实现欧姆接触的基本方法（１０分）３、耿氏振荡的机理（２０）三、已知在ＭＯＳ电容的ＳiO2层中存在着Ｎa正离子和介面固定电荷，请设计一种实验方法测定两种电荷的面密度（库仑／厘米）（２０分）四、有一面积很大的半导体薄片，厚度为w，以稳定光源均匀照射两面，设光只在表面层内产生电子空穴对，在小注入条件下，ΔP(0)= P1 ; ΔP(W)= P2。

问：1．片内非平衡载流子分布仅与时间有关，还是仅与空间位置有关？或与两者都有关？（4分）2．试确定片内非平衡载流子的分布？（16分）一、解释下列名词或概念：（20分）1、准费米能级6、布里渊区2、小注入条件7、本征半导体3、简并半导体8、欧姆接触4、表面势9、平带电压5、表面反型层10、表面复合速度二、分别化出硅、锗和砷化镓的能带结构、并指出各自的特点（20分）三、简述半导体中可能的光吸收过程（20分）四、画出p-n结能带图（零偏、正偏和反偏情况），并简述p-n结势垒区形成的物理过程（20分）五、在一维情况下，以p型非均匀掺杂半导体为例，推出爱因斯坦关系式（20分）一、解释下列名词或概念：（20分）1、准费米能级6、施主与受主杂质2、小注入条件7、本征半导体3、简并半导体8、光电导4、表面势9、深能级杂质5、表面反型层10、表面复合速度二、画出n型半导体MIS结构理想C-V特性曲线，如果绝缘层存在正电荷或者绝缘层-半导体存在界面态将分别对曲线有和影响？（20分）三、简述半导体中可能的光吸收过程（20分）四、画出p-n结能带图（零偏、正偏和反偏情况），并简述p-n结势垒区形成的物理过程（20分）五、在一维情况下，以n型非均匀掺杂半导体为例，推出爱因斯坦关系式（20分）哈尔滨工业大学第 1 页共 2 页二○○二年硕士研究生考试试题考试科目:半导体物理报考专业:微电子学与固体电子学考试科目代码：[ ]考生注意：答案务必写在答题纸上，并标明题号。

半导体器件中少数载流子扩散长度半导体器件中少数载流子扩散长度1. 引言在半导体器件中，少数载流子扩散长度是一个重要的参数，它直接影响着器件的性能和特性。

少数载流子扩散长度是指当少数载流子（电子或空穴）在半导体中沿着浓度梯度扩散时，其浓度下降到初始值的1/e时所扩散的距离。

在本篇文章中，我们将深入探讨少数载流子扩散长度的概念、影响因素以及在半导体器件中的重要性。

2. 少数载流子扩散长度的概念少数载流子扩散长度是由少数载流子在半导体中的散射和复合效应决定的。

在N型半导体中，当施加正向偏置电压时，电子是主要的载流子。

而在P型半导体中，当施加反向偏置电压时，空穴是主要的载流子。

当电子或空穴注入到半导体中后，它们将通过偶极子散射或与杂质原子的散射而失去能量，最终达到热平衡状态。

少数载流子扩散长度与半导体的载流子寿命密切相关，载流子寿命越长，扩散长度就越长。

3. 少数载流子扩散长度的影响因素少数载流子扩散长度受到许多因素的影响，其中包括器件结构、材料性质和工作条件等。

在材料性质方面，半导体能带结构、杂质浓度和表面状态都会对少数载流子扩散长度产生影响。

温度也是一个重要因素，通常情况下，随着温度的升高，少数载流子扩散长度会增加。

4. 少数载流子扩散长度在器件中的重要性少数载流子扩散长度对于半导体器件的性能和特性具有重要的影响。

在PN结二极管和MOS场效应管等器件中，少数载流子扩散长度直接影响着器件的导通特性和反向漏电流。

在晶体管中，少数载流子扩散长度也会影响着器件的频率特性和噪声性能。

准确地控制和优化少数载流子扩散长度对于提高器件的性能和稳定性具有重要意义。

5. 个人观点和理解少数载流子扩散长度作为一个重要的半导体参数，在现代电子器件中扮演着不可或缺的角色。

通过精确地控制和优化少数载流子扩散长度，可以改善器件的工作性能和可靠性，进而推动半导体器件的发展和应用。

在未来的研究中，我认为我们可以通过探索新的半导体材料和器件结构，进一步优化少数载流子扩散长度的控制，从而实现更加高效和稳定的器件性能。

半导体物理_电子科技大学中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年1.固体材料按照几何形态可以分为单晶、多晶和非晶，其中（）材料原子排列为短程有序。

答案:多晶2.GaAs化合物半导体的晶体结构为（）。

答案:闪锌矿型结构3.外层电子的共有化运动强，能带宽，有效质量（）小4.以下4种半导体中最适合于制作高温器件的是（）答案:SiC5.重空穴指的是（）答案:价带顶附近曲率较小的等能面上的空穴6.根据费米分布函数，电子占据EF+2k0T能级的几率（）等于空穴占据EF-2k0T能级的几率7.导带有效状态密度Nc，是温度的函数，和温度为关系为，正比于（）答案:8.对于只含一种杂质的非简并n 型半导体，费米能级EF随温度上升而（）；答案:经过一个极大值趋近Ei9.室温下往Si,Ge和GaAs三种半导体材料中各掺入的As杂质，（）的EF最靠近导带。

答案:GaAs10.寿命标志了非平衡载流子浓度减小到原值1/e经历的时间，寿命的大小表征了复合的强弱，如果寿命小，意味着复合几率（）。

答案:大11.Au在Si半导体中是有效的复合中心，既能起施主作用，又能起受主作用。

但是在n型Si中，只有（）起作用答案:受主能级12.硅中掺金工艺主要用于制造（）器件答案:高频13.将杂质能级积累非平衡载流子的作用称为陷阱效应。

其中最有效的陷阱能级的位置是杂质能级靠近（）答案:费米能级14.P型半导体受到光照后，产生非平衡电子和空穴，引入电子准费米能级EFn和空穴准费米能级EFp表征处于非平衡状态的电子浓度和空穴浓度。

EFn 和EFp相比于热平衡状态的费米能级EF偏移程度满足EFn-EF( )EF-EFp答案:>15.有3个锗样品，其掺杂情况分别是：甲、含硼和磷各；乙、含砷；丙、含磷。

室温下，这些样品的多子浓度由高到低的顺序是（）答案:乙丙甲16.在N型半导体中，随着温度的升高，本征载流子浓度ni( )答案:增加17.对应于电离杂质散射，温度越高，散射几率越（）答案:小18.室温下，随着掺杂浓度的增加，迁移率（）答案:先几乎不变再变小19.（）具有最大的电阻率。