少子寿命测试资料重点

映了外界激励因素撤除后非平衡载流子衰减速度的不同， 寿命越短衰退越快。
越大，载流子复合能力愈弱，衰减得越慢； 越小，衰减得越快。
• 因为非平衡载流子对少子浓度影响极大，所以称为少子
寿命。 少子寿命一般指少子复合寿命。
影响少子寿命因素很多，影响机制极复杂。
• 不同材料或同一种材料在不同条件下，其寿命τ可以在很 大范围内变化。
的复合率 U，即
U dn(t) n(t)
dt
上式的解为
t
n (n)0 e
非平衡电子(少子） 浓度随时间变化
表明光照停止后非平衡载流子浓度随时间按指数规律衰减。
少子寿命
t
n (n)0 e
τ为非平衡载流子的复合寿命
• 非平衡载流子浓度呈指数衰减
少子寿命
的物理意义：非平衡载流子的平均生存时间。其大小反
少子寿命对太阳能电池性能的影响
• 载流子的复合会使光电流减少。少子寿命 越小，光电流越小。
• 少子寿命减小，增加漏电流，从而使开路 电压减小。
• 总之，少子寿命越小，电池效率越低。
少子寿命影响因素
少子寿命影响因素
影响少子寿命的实际因素很多，包括：杂质浓度、 电阻率、温度、表面状态、硅片厚度等。
•载流子的光注入：用光照使半导体内部产生非平衡载流 子的方法。
非平衡载流子浓度（稳态下）
• 在光激发下，一开始载流子产生率G大于复
合率R，导致载流子增加。到稳态时G = R，
此时载流子浓度趋于稳定。
• 电子和空穴浓度： n = n0 + Δn；p = p0 + Δp - n0 、p0 分别为平衡时电子和空穴的浓度； -Δn Δp 分别为非平衡载流子浓度。
• 为描述非平衡载流子的复合消失速度，定义非平衡载流子的 复合率: 单位时间单位体积内净复合消失的电子-空穴对数。
U n
1/τ 为非平衡载流子单位时间的复合概率
少子寿命
考虑小注入条件下，若p型半导体在t=0时刻非平衡载流子浓度 为(Δn)0，并在此时突然停止光照, Δn(t)将因为复合而随时间变化 ，也就是非平衡载流子浓度随时间的变化率等于非平衡载流子
少子寿命与扩散长度
• 扩散长度：少子在被湮灭之前能够在大 量多子内扩散的平均距离.
Ln Dnn ; Lp Dp p
少子寿命的作用
• 太阳能电池的光电流，是光激发产生非平衡载流 子，并在pn结作用下流动产生的。
pn
半导体PN结的光生伏打效应
当光照射到pn结上时，产生电子-空穴对，在半导体内部P-N结附近生成的载流子没有被复合而 到达空间电荷区，受内部电场的吸引，电子流入n区，空穴流入p区，结果使n区储存了过剩的 电子，p区有过剩的空穴。它们在p-n结附近形成与势垒方向相反的光生电场。光生电场除了部 分抵消势垒电场的作用外，还使p区带正电，N区带负电，在N区和P区之间的薄层就产生电动势， 这就是光生伏特效应。
• 平衡状态下，电子空穴对的产生和复合率 相等。电子和空穴浓度n、p不变。
EC
产生
复合
EV
在一定温度条件下，处于热平衡状态的半导体，载 流子浓度是一定的，即平衡载流子浓度。
非平衡载流子的产生
EC
hν
非平衡载流子浓度为
Δn、Δp。
Δn = Δp
EV
•当有外界条件作用半导体时，如光照射半导体，则载流 子浓度将偏离平衡值，这部分偏离平衡状态多出的载流 子称为非平衡载流子。
内容 绪论 （课程介绍，电子材料介绍，半导体材料及测试技术概况） 半导体基础理论 能带与载流子 半导体基础理论 杂质与缺陷 半导体基础理论 载流子的输运 导电性能测试 探针法 导电性能测试 霍尔效应 少数载流子寿命测试 微波光电导衰减法 少数载流子扩散长度测试 表面光电压法 杂质与缺陷测试 电子束诱生电流测试 杂质与缺陷测试 红外光谱 杂质与缺陷测试 深能级瞬态谱 杂质与缺陷测试 正电子湮灭谱 杂质与缺陷测试 光致荧光谱 杂质与缺陷测试 拉曼光谱 杂质与缺陷测试 紫外-可见吸收光谱 半导体器件测试
少子寿命从根本上取决于非平衡载流子复合的形 式。
按复合发生的部位的不同，非平衡载流子的复合 分为体内复合和表面复合。实际测量得到的少子 寿命是体内复合和表面复合共同作用的少子寿命。 有用的是体内复合得到的体少子寿命。
小注入条件
• 小注入：注入的非平衡载流子浓度（过剩载流子浓度）远小 于平衡态时的多子浓度，比如： n型半导体中：Δn << n0，Δp << n0。 p型半导体中：Δn << p0，Δp << p0。
• 大注入：过剩载流子浓度接近或大于平衡时多子的浓度
注意： • 即使满足小注入条件，非平衡少子浓度仍然可以比平衡 少子浓度大得多!!! （n型： Δp >> p0 )
电子材料测试技术-第七讲
少数载源自文库子寿命测试
2014-12-8
概要
• 非平衡载流子及少子寿命 -平衡载流子浓度 -非平衡载流子 -载流子的光注入 -小注入 -少数载流子寿命
• 少子寿命影响因素 • 少子寿命的测试方法简介
-微波光电导衰减法 -红外载流子密度成像法
非平衡载流子及少子寿命
平衡载流子
• 半导体由非平衡态恢复到平衡态的过程，也就是非平衡载 流子逐步消失的过程。
少子寿命
• 光照停止后非平衡载流子生存一定时间然后消失，所以过剩 少子浓度是一个与时间有关的量。把撤除光照后非平衡载流子的 平均生存时间τ称为非平衡载流子的寿命。
• 由于非平衡少子的影响占主导作用，故非平衡载流子寿命称 为少子寿命。
• 相对来说非平衡多子的影响轻微 （n型： Δn << n0 ), 而非 平衡少子的影响起重要作用。通常说的非平衡载流子都是 指非平衡少子。
非平衡载流子的复合
• 当光激发撤销时，一开始产生率G小于复合速率R，导致 Δn、Δp不断衰减，最后当恢复到平衡状态时Δn = Δp = 0；
G = R。在这过程中，净的复合率U = R – G。
课程具体内容及安排
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