基本介紹
- 中文名：少數載流子壽命
- 外文名：Minority carriers life time
- 載體：n型半導體
- 決定因素：複合機理
- 定義：非平衡空穴的壽命
- 別稱：非平衡少數載流子壽命
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載流子壽命
載流子壽命就是指非平衡載流子的壽命。而非平衡載流子一般也就是非平衡少數載流子（因為只有少數載流子才能注入到半導體內部、並積累起來，多數載流子即使注入進去後也就通過庫侖作用而很快地消失了），所以非平衡載流子壽命也就是指非平衡少數載流子壽命，即少數載流子壽命。例如，對n型半導體，非平衡載流子壽命也就是指的是非平衡空穴的壽命。
實驗表明, 在小注入條件 (Δp<<no+po) 下, 非平衡載流子濃度確實有指數衰減規律，這說明Δp(t +τp) = Δp(t)/e, Δp(t)│（t=τp） = Δpo , τp即是非平衡載流子濃度減小到原來值的1/e時所經歷的時間；而且在小注入條件下, τp的確是與Δp無關的常數；利用這種簡單的指數衰減規律即可測量出少數載流子壽命τp的值；同時可以證明，τp確實就是非平衡載流子的平均生存時間<t>。應當注意的是，只有在小注入時非平衡載流子壽命才為常數，淨複合率才可表示為－Δp/τp；並且在小注入下穩定狀態的壽命才等於瞬態的壽命。
少數載流子壽命的決定因素與測試原理
決定因素
對於Si、Ge等間接躍遷的半導體，因為導帶底與價帶頂不在Brillouin區的同一點，故導帶電子與價帶空穴的直接複合比較困難（需要有聲子等的幫助才能實現——因為要滿足載流子複合的動量守恆），則決定少數載流子壽命的主要因素是通過複合中心的間接複合過程。從而，半導體中有害雜質和缺陷所造成的複合中心（種類和數量）對於這些半導體少數載流子壽命的影響極大。所以，為了增長少數載流子壽命，就應該去除有害的雜質和缺陷；相反，若要減短少數載流子壽命，就可以加入一些能夠產生複合中心的雜質或缺陷（例如摻入Au、Pt，或者採用高能粒子束轟擊等）。
當然，有害的雜質和缺陷將有更進一步促進複合、減短壽命的作用。
測試原理
少數載流子壽命(體)定義為在一均勻半導體中少數載流子在產生和複合之間的平均時間間隔。
在一定溫度條件下，處於熱平衡狀態的半導體載流子濃度是一定的，當用某波長的光照射半導體材料如果光子的能量大於禁帶寬度，位於價帶的電子受激發躍遷到導帶，產生電子-空穴對，形成非平衡載流子Δn Δp，對於n型材料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 型材料則相反。
用光照使半導體內部產生非平衡載流子的方法稱為非平衡載流子的光注入。光注入時，半導體電導率的變化為：
Δσ= Δ nqμn+Δ pqμp （1）
假設符合下列條件：
（1）樣品所加的電場很小，以至少數載流子的漂移導電電流可忽略；
（2）樣品是均勻的，即n0或列p0在樣品各處是相同的；
（3）在樣品中沒有陷阱存在（即符合Δ n =Δ p）；
（4）表面複合可以忽略不計；
（5）小注入條件。
公式（2）可簡化為：
Δσ= Δpq( μn+μp) （2）
如果在t=0時，光照突然停止，光生載流子由於複合效應，其濃度隨時間減小至平衡態。載流子濃度變化率用下式表示：
Δp（t）=( Δp)0e-t/ τp （3）
式中τp ——少激載流子空穴複合壽命，在t=0時，
Δp（t）= （Δp）\-0.
這就是說非平衡載流子濃度隨時間的變化按指數規律衰減，若t=τp，則Δp（t）= (Δp)0/e。由此可見，求出非平衡載流子濃度減少到原值的1/e所經歷的時間就可得到少數載流子壽命。
將公式（3）帶入公式（2）得：
Δ σ= Δ p( t) q( μn+μp)=( Δp)0q( μn+μp) e- t/ τp (4)
可見Δ σ正比於非平衡載流子濃度知Δp（t）亦 呈指數衰減的規律故通過觀察光照停止後電導率的 變化可得到少數載流子壽命值。
Δσ的變化可用圖1所示的裝置觀察，其中R>>r，不論光照與否通過半導體的電流I近似不變，半導體兩端電壓降V=I×r
Δσ的變化可用圖1所示的裝置觀察，其中R>>r，不論光照與否通過半導體的電流I近似不變，半導體兩端電壓降V=I×r
光照後由於光生載流子的作用，引起電壓的變化 ΔV：
Δ V =I ×Δρ ×L/ S =( I ×L/S) / Δσ (5)
通過測量電壓波形從最大值下降到其1/e的時間，就可得到少數載流子壽命τp。
