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少数载流子的少子寿命τ和扩散长度L,是决定许多半导体器件性能的最重要的材料参数之一。二极管、双极晶体管、光电二极管、发光二极管半导体闸流管等器件的p-n结构尤其是属于这种情况。因此,确定少数载流子扩散长度L和寿命τ.对于半导体电子学有源器件的制作工艺来说显得非常重要。

 

少子寿命全称叫非平衡少数载流子寿命,是半导体材料的一个基本参数,它的大小直接影响晶体管的性能。

 

    半导体材料在一定的外界条件下(如光注入或电注入)所产生的比热平衡态时多出来的那部分电子空穴对称为非平衡载流子。在外界条件取消后,这种非平衡载流子即通过复合而消失,使材料的载流子数重新恢复到平衡态的数值,非平衡载流子能存在的平均时间称为寿命。少数载流子的寿命则表示非平衡少数载流子(如N型硅中注入的空穴)能存在的时间的平均值。

 

    半导体中经常会出现这样的情况:从杂质(例如P型)半导体的一端注入一定量的少数载流子,使得少数载流子浓度在空间上出现梯度分布,如下图所示。这种浓度差别将导致载流子从高浓度向低浓度处扩散而引起扩散电流。
 


    在图中,P型半导体中热平衡时的电子浓度为np,x=0处,由于外界电子注入,其浓度最大,为n(0),电子浓度n(x)随x增大而减小,减小的斜率就是浓度梯度。在x=0处的浓度分布斜率切线延长与水平直线n(x)= np相交,对应的横坐标x=Ln,称为电子的扩散长度。在x=0处的电子浓度梯度为
 
    在x=0处的扩散电流最大,为:


 
     若半导体的长度w小于电子扩散长度,如下图所示,在半导体的另一个边界处载流子浓度接近于0(实际上应该为np,可以忽略),则载流子浓度梯度可以用下式表示:


 
     即认为它是近似斜率分布。晶体三极管在放大状态时的汲取非平衡少数载流子就是这种分布。采用上式可以求解此时基区少数载流子扩散电流。

 

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