光電效應(yīng)的復(fù)合機(jī)理 本節(jié)的目的是概括地說明各種復(fù)合過程的機(jī)理.一、兩種復(fù)合過程⒈直接復(fù)合：電子由導(dǎo)帶直接躍遷到價(jià)帶的空狀態(tài)，使電子和空穴成對地消失。其逆過程是，電子由價(jià)帶激發(fā)到導(dǎo)帶，產(chǎn)生電子－空穴對。在圖7.12中它們分別用a和b來表示。圖7.12直接復(fù)合導(dǎo)帶只畫電子價(jià)帶只畫空穴只畫電子的躍遷方向⒉間接復(fù)合：也稱為通過復(fù)合中心復(fù)合。所謂復(fù)合中心，是指晶體中的一些雜質(zhì)或缺陷，它們在禁帶中引入離導(dǎo)帶底和價(jià)帶頂都比較遠(yuǎn)的局域化能級，既復(fù)合中心能級。其復(fù)合方式如圖7.13所示。

圖7.13直接復(fù)合

a.電子的俘獲b.電子的產(chǎn)生

c.空穴的俘獲d.空穴的產(chǎn)生二、引起復(fù)合和產(chǎn)生過程的內(nèi)部作用 載流子的復(fù)合或產(chǎn)生是它們在能級之間的躍遷過程，必然伴隨有能量的放出或吸收。根據(jù)能量轉(zhuǎn)換形式的不同，引起電子和空穴復(fù)合及產(chǎn)生過程的內(nèi)部作用，有以下三種:

⒈電子與電磁波的作用 在溫度為T的物體內(nèi)，存在著溫度為T的黑體輻射。這種黑體輻射也就是電磁波,它們可以引起電子在能級之間的躍遷。這種躍遷稱為電子的光躍遷或輻射躍遷。在躍遷過程中，電子以吸收或發(fā)射光子的形式同電磁波交換能量。

⒉電子與晶格振動(dòng)的相互作用 晶格振動(dòng)可以使電子在能級之間躍遷,這種躍遷稱為熱躍遷。在躍遷過程中，電子以吸收或發(fā)射聲子的形式與晶格交換能量。通常躍遷中放出的能量比單個(gè)聲子的能量大得多，必須同時(shí)發(fā)射多個(gè)聲子，因而這種躍遷的幾率很小。

⒊電子間的相互作用電子之間的庫侖相互作用，也可以引起電子在能級之間的躍遷。這種躍遷過程稱為俄歇效應(yīng)(Augereffect)。

在導(dǎo)帶電子和價(jià)帶空穴的直接復(fù)合過程中，放出的能量可以作為動(dòng)能給予第三個(gè)載流子，即把導(dǎo)帶中一個(gè)電子激發(fā)到更高的能級，或者把價(jià)帶中一個(gè)空穴激發(fā)到其能量更高的能級,如圖7.14(a)和(c)。復(fù)合的逆過程是產(chǎn)生過程。導(dǎo)帶中一個(gè)電子由足夠高的能級躍遷到低能級，或者價(jià)帶中一個(gè)空穴由空穴能量足夠高的能級躍遷到能量低的能級,可以把一個(gè)電子由價(jià)帶激發(fā)到導(dǎo)帶，產(chǎn)生電子-空穴對,如圖7.14(b)和(d).圖7.14俄歇效應(yīng)引起的電子-空穴對復(fù)合和產(chǎn)生三、表面復(fù)合前面研究非平衡載流子的壽命時(shí)，只考慮了半導(dǎo)體內(nèi)部的復(fù)合過程。實(shí)際上，少數(shù)載流子壽命在很大程度上受半導(dǎo)體樣品的形狀和表面狀態(tài)的影響。例如：實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過吹砂處理或用金剛石粗磨的樣品，其少子壽命很短；而細(xì)磨后再經(jīng)適當(dāng)化學(xué)腐蝕的樣品，壽命長得多。另外，對于同樣的表面情況，樣品越小，壽命越短。因此，半導(dǎo)體表面有促進(jìn)復(fù)合的作用。

通常用表面復(fù)合速度來表征表面復(fù)合作用的強(qiáng)弱。我們把單位時(shí)間內(nèi)在單位面積上復(fù)合掉的非平衡載流子數(shù)，稱為表面復(fù)合率。實(shí)驗(yàn)證明，表面復(fù)合率=s·Δp.比例系數(shù)s具有速度的量綱，稱為表面復(fù)合速度。s一個(gè)直觀的意義：由于表面復(fù)合而失去的非平衡載流子數(shù)目，就如同在表面處的非平衡載流子都以大小為s的垂直速度流出了表面.1、概念：表面復(fù)合是指在半導(dǎo)體表面發(fā)生的復(fù)合過程，這種復(fù)合是通過表面處的雜質(zhì)和表面特有的缺陷在禁帶中形成的表面能級進(jìn)行的。這種表面能級也是一種復(fù)合中心。因此，表面復(fù)合實(shí)際上也是一種間接復(fù)合過程，只不過是復(fù)合中心在樣品的表面。2、表面復(fù)合對非平衡載流子穩(wěn)態(tài)分布的影響： 考慮一個(gè)表面為矩形的片狀N型樣品，如圖7.15所示。假定光照射在樣品中被均勻地吸收，電子-空穴對的產(chǎn)生率為G。若無表面復(fù)合，在達(dá)到穩(wěn)定的情況下，樣品中的過剩空穴是均勻分布的，既Δp是與位置無關(guān)的常數(shù)。設(shè)想x=±a的表面存在表面復(fù)合，表面復(fù)合速度都是s，引起擴(kuò)散。則穩(wěn)定情況下，空穴的連續(xù)性方程為

顯然，過?？昭ㄔ趚方向上相對于原點(diǎn)是對稱分布的。于是，方程的解為

其中，A是待定常數(shù)。

在這個(gè)問題中，表面復(fù)合作為邊界條件決定過剩空穴的分布。在x=±a兩個(gè)表面的邊界條件是:即:所以:流向表面的擴(kuò)散流密度等于表面復(fù)合率考慮了表面復(fù)合，實(shí)際測得的壽命應(yīng)是體內(nèi)復(fù)合和表面復(fù)合綜合效果。設(shè)這兩種復(fù)合是單獨(dú)平行發(fā)生的，用表示體內(nèi)復(fù)合壽命，表示表面復(fù)合壽命，則總的復(fù)合幾率為：其中稱為有效壽命。表面復(fù)合具有重要的意義。半導(dǎo)體器件表面復(fù)合速度若高，會(huì)使更多的注入的載流子在表面復(fù)合消失，嚴(yán)重影響器件的性能。因而在大多數(shù)器件生產(chǎn)中，希望獲得良好且穩(wěn)定的表面，以盡量降低表面復(fù)合速度，從而改善器件的性能。而在某些物理測量中，為了消除金屬探針注入效應(yīng)的影響，要設(shè)法增大表面復(fù)合，以獲得較準(zhǔn)確的測量結(jié)果。Page200

表面復(fù)合對非平衡載流子衰減過程的影響：存在表面復(fù)合情況下，如果去掉光照，非平衡載流子濃度如何隨時(shí)間衰減？本課不討論

⒈強(qiáng)N型區(qū) 費(fèi)米能級EF在Et和導(dǎo)帶底Ec之間（Et<EF<Ec），這時(shí)，n0>>p0，n1，p1于是，即壽命是一個(gè)與載流子濃度無關(guān)的常數(shù)，它決定于復(fù)合中心對空穴的俘獲幾率。在這種情況下，復(fù)合中心能級Et在EF之下，只要空穴一旦被復(fù)合中心能級所俘獲，就可以立刻從導(dǎo)帶俘獲電子，完成電子-空穴對的復(fù)合。

⒉弱N型區(qū)（高阻區(qū)）

費(fèi)米能級EF在本征費(fèi)