硅基半导体中非平衡载流子输运特性分析

# 硅基半导体中非平衡载流子输运特性分析
## 1. 非平衡载流子的注入与复合
### 1.1 非平衡载流子的注入
- **注入机制**
  - 外部电流
  - 光照
  - 电场
- **载流子类型**
  - 电子（n型）
  - 空穴（p型）
  - 组合型载流子
- **注入后行为**
  - 非平衡状态
  - 高浓度载流子
### 1.2 非平衡载流子的复合
- **复合机制**
  - 电子与空穴复合
  - 载流子与缺陷复合
- **复合过程**
  - **辐射复合**
    - 产生光发射
  - **非辐射复合**
    - 通过缺陷或杂质
- **复合速率**
  - 公式：R = βnp
  - **参数**
    - β：复合系数
    - n：电子浓度
    - p：空穴浓度
## 2. 非平衡载流子的寿命
### 2.1 载流子寿命
- **定义**
  - 从注入到复合的时间
- **影响因素**
  - 材料缺陷密度
  - 杂质浓度
  - 温度
- **常见公式**
  - τ = 1/R
    - τ：载流子寿命
    - R：复合速率
### 2.2 载流子寿命的不同类型
- **辐射寿命**
  - 光发射引起的重要性
- **非辐射寿命**
  - 散射过程影响器件性能
## 3. 准费米能级
### 3.1 准费米能级定义
- 电子和空穴的能量分布
### 3.2 准费米能级的特点
- **电子准费米能级**
  - E_F^n：电子分布状态
- **空穴准费米能级**
  - E_F^p：空穴分布状态
### 3.3 准费米能级的变化
- 电子和空穴浓度的影响
- 准费米能级分离
## 4. 复合理论
### 4.1 复合机制
- **直接复合**
  - 直接带隙半导体
- **间接复合**
  - 间接带隙半导体
### 4.2 复合速率理论
- R = βnp
  - n 和 p 的关系
## 5. 载流子的扩散运动
### 5.1 扩散定义
- 从高浓度向低浓度扩散
### 5.2 扩散方程
- J = D (dn/dx)
  - J：扩散电流
  - D：扩散系数
  - dn/dx：浓度梯度
### 5.3 扩散长度
- **定义**
  - 最大扩散距离
- **扩散长度公式**
  - L = √(Dτ)
    - D：扩散系数
    - τ：载流子寿命
## 6. 硅的少数载流子的寿命与扩散长度
### 6.1 少数载流子寿命
- **范围**
  - 微秒到毫秒
- **影响因素**
  - 缺陷密度和杂质浓度
  - 温度变化
### 6.2 扩散长度
- **定义**
  - 复合前的扩散距离
- **范围**
  - 几微米到几百微米
- **扩散长度公式**
  - L = √(Dτ)
### 6.3 硅中扩散系数
- **电子和空穴扩散系数**
  - D_n 和 D_p 分别代表电子和空穴的扩散系数