什麼是半導體載流子平衡狀態

1. 什麼是非平衡載流子為什麼會出現非平衡載流子

非平衡載流子是指處於非平衡狀態的半導體，其載流子濃度也不再是n0和p0（此處0是下標），可以比他們多出一部分。比平衡狀態多出來的這部分載流子稱為非平衡載流子。

2. 半導體穩定擴散和平衡態有什麼區別

這時候的來光子能量大於半導自體的禁帶寬度，所以價帶電子在吸收能量後可以躍遷到導帶而成為非平衡載流子。這部分的載流子是比平衡時多出來的，是源源不斷的產生，所以是非平衡狀態。既然是非平衡狀態，那麼產生率和復合率也就不相等了。這個時候產生率要大於復合率的。至於載流子從哪來到哪兒去...這個概念暫時還是有點模糊。
補充一下：穩恆光照就是能夠注入穩定數量的非平衡載流子。

3. 有關半導體的問題，何謂費非平衡載流子非平衡狀態與平衡狀態的差異何在如何理解准費米能級是系統偏離

非平衡載流子 是指半導體收到外界條件的影響，例如光照或是加熱，破壞了熱平內衡條件，迫使它處於容與平衡狀態偏離的狀態，稱為非平衡狀態。
對於平衡態的半導體，在一定溫度下，載流子的濃度是一定的，對於非平衡狀態，會有多餘的載流子產生。
准費米能級與電子的填充能級情況有關。例如 一塊n型半導體，由於是施主雜質參雜，導致電子濃度很大，其准費米能級相對於費米能級，會高一些，接近導帶。

4. 可以解釋一下為什麼非平衡狀態下的半導體不滿足質量作用定律嗎

什麼是半導體的熱平衡狀態
沒有受到外界作用（即無電壓、光照等）的版半導體,就說它處於熱權平衡狀態.
這時半導體中的載流子稱為平衡載流子,在溫度不變時,載流子濃度是一定的.載流子在各個能級上的分布遵從平衡統計分布函數——Fermi分布函數或者Boltzmann分布函數.Fermi能級概念適用.

5. 簡述熱平衡載流子和非平衡載流子的產生和運動的特點

1 基本概念

處於熱平衡狀態的半導體，其在一定溫度下的載流子濃度是一定的。但是如果我們對其施加外界作用，比如加電或者光照。以光照為例，只要入射光子的能量大於半導體的禁帶寬度，那麼光子就會把價帶電子激發到導帶中去，產生電子-空穴對。此時載流子濃度不再是平衡時的狀態。這些多出來的電子與空穴稱為非平衡載流子，其濃度用 [公式] （電子）與 [公式] （空穴）表示。對於光注入， [公式] 。

一般將注入的非平衡載流子濃度遠小於平衡時多子濃度的情形稱為小注入。即使在小注入的情況下，非平衡少子濃度也是可以遠大於平衡少子濃度的，這對於半導體性質有很大的影響。通常說的非平衡載流子都是指非平衡少子。

當外作用撤除時，注入的非平衡載流子就會逐漸消失，半導體回到原來的平衡狀態。這一過程稱為非平衡載流子的復合。以光注入為例，實驗表明，外作用撤除後，非平衡載流子濃度按指數規律減少。其平均生存時間被稱為非平衡載流子的壽命 [公式] 。由於非平衡載流子中，非平衡少子的影響處於主導地位，故非平衡載流子壽命常稱為少數載流子壽命。

假定在一塊n型半導體中通過光注入的方式均勻地產生了非平衡載流子 [公式] 與 [公式] 。在 [公式] 時刻，光照突然停止，於是有

[公式]

可以驗證，這是一個使非平衡少子濃度呈平均壽命為 [公式] 的指數衰減的方程。

半導體處於平衡狀態時，電子和空穴都可以用費米分布描述。當外界的影響破壞了熱平衡時，我們可以認為導帶內以及價帶內的熱平衡弛豫時間很短，而帶間的熱平衡的弛豫時間很長。所以電子與空穴可以分別用費米能級不同的分布函數描述。這兩個費米能級稱為「准費米能級」，電子（空穴）的准費米能級用 [公式] （ [公式] ）表示。一般來說，多子的准費米能級與平衡時的費米能級相差不大，而少子的准費米能級與平衡費米能級會相差許多。

2 載流子的運動

2.1 擴散

現在我們開始考慮有非平衡載流子時的運動。首先，非平衡載流子的存在允許載流子濃度在空間上分布不均勻，於是載流子會擴散。把因擴散導致的流密度稱為擴散流密度，用 [公式] （空穴）以及 [公式] （電子）表示。以n型半導體為例，少子是空穴，有（一維情況）

[公式]

考慮其穩定情況

[公式]

故

[公式]

其解為

[公式]

其中 [公式] 稱為擴散長度。當半導體的長度比擴散長度小得多的時候，上面的解的表達式即可以化為位置的線性函數。

我們利用這個方程可以計算一些更復雜的情況，比如通過一個以半球形陷入半導體表面的探針注入非平衡空穴。在這種情形下，注入處的擴散效率比一維情況大，因為沿徑向向外的運動本身就會降低濃度。

6. 半導體中，什麼是非平衡載流子

非平衡載流子就是由
於熱激發或摻雜引起
的多於平衡時的載流
子

7. 半導體載流子的概念

載流子就是帶有電荷、並可運動而輸運電流的粒子，包括電子、離子等。半導體中的載流子有兩種，即帶負電的自由電子和帶正電的自由空穴。實際上，空穴也就半導體中的價鍵空位，一個空位的運動就相當於一大群價電子的運動；只不過採用數量較少的空穴這個概念來描述數量很多的價電子的運動要方便得多。所以，從本質上來說，空穴只是一大群價電子的另一種表述而已。
載流子所處的能量狀態
從晶體能帶的角度來看，半導體的能量最高的幾個能帶分別是導帶和價帶，導帶與價帶之間隔著一個禁帶。禁帶中不具有公有化運動的狀態——能級，但可存在雜質、缺陷等束縛能級。自由電子（簡稱為電子）就處於導帶中，一般是在導帶底附近（導帶底就相當於電子的勢能）；自由空穴（簡稱為空穴）就處於價帶中，一般是在價帶頂附近（價帶頂就相當於空穴的勢能）。價帶中有大量的價電子，由於這些價電子是被價鍵束縛住的，不能自由運動，所以不把它們看成為載流子。
如果n型半導體中摻入的施主濃度不太高，那麼導帶中的電子濃度也較低，這時電子在導帶底附近能級上的分布就遵從經典的Boltzmann分布，這時就稱這些電子是非簡並載流子，半導體也就是非簡並半導體；相反，若摻雜濃度很高，則大量電子在導帶底附近能級上的分布就需要考慮泡里不相容原理的限制，這時電子就遵從量子的Fermi-Dirac分布，這時就稱這些電子是簡並載流子，半導體也就是簡並半導體。不過，應該注意，即使半導體是非簡並的n型半導體，但價帶中的電子由於是大量的價電子，所以它們始終是屬於簡並的載流子，總是遵從量子的Fermi-Dirac分布。
空穴就是由價帶中的價電子躍遷到了導帶之後所形成的（即留下的價鍵空位）；這種躍遷就稱為本徵激發，其特點是電子與空穴成對地產生。

8. 請問什麼叫做載流子

在物理學中，載流子指可以自由移動的帶有電荷的物質微粒，如電子和離子。在半導體物理學中，電子流失導致共價鍵上留下的空位（空穴[1]）被視為載流子。金屬中為電子，半導體中有兩種載流子即電子和空穴。
在電場作用下能作定向運動的帶電粒子。如半導體中的自由電子與空穴，導體中的自由電子，電解液中的正、負離子，放電氣體中的離子等。
"載流子" 在學術文獻中的解釋：
1、不論是N型半導體中的自由電子,還是P型半導體中的空穴,它們都參與導電,統稱為「載流子」.「載流子」導電是半導體所特有的
2、關於氣體導電眾所周知,導體之所以容易導電,是因為「導體中存在大量的可以自由移動的帶電物質微粒,稱為載流子.在外電場的作用下,載流子作定向運動,形成明顯的電流」
在半導體中載運電流的帶電粒子——電子和空穴,又稱自由載流子。在一定溫度下,半導體處於熱平衡狀態,半導體中的導電電子濃度n0和空穴濃度p0都保持一個穩定的數值,這種處於熱平衡狀態下的導電電子和空穴稱為熱平衡載流子。
在本徵半導體中只發生熱激發時,電子數目等於空穴數目,這時熱平衡載流子濃度為

式中m0為電子質量,kg;mn*為電子有效質量,kg; mp*為空穴有效質量,kg;k為玻耳茲曼常數,J/K;Eg為禁帶寬度,eV;ni為本徵載流子濃度,cm-3;T為絕對溫度,K。
對於雜質半導體,N型半導體中的電子和P型半導體中的空穴稱為多數載流子(簡稱多子),而N型半導體中的空穴和P型半導體中的電子稱為少數載流子(簡稱少子)。在強電離的情況下,N型半導體中多子濃度nn及少子濃度pn分別為
P型半導體中多子濃度pp及少子濃度np分別為
上二式中ND為施主雜質濃度,cm-3;NA為受主雜質濃度,cm-3。
如果對半導體施加外界作用(如用光的或電的方法),破壞了熱平衡條件,使半導體處於與熱平衡狀態相偏離的狀態,則稱為非平衡狀態。處於非平衡狀態的半導體,其載流子比平衡狀態時多出來的那一部分載流子稱為非平衡載流子。在N型半導體中,把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型半導體則相反。在半導體器件中,非平衡少數載流子往往起著重要的作用。
載流子壽命 life time of carriers
非平衡載流子在復合前的平均生存時間,是非平衡載流子壽命的簡稱。在熱平衡情況下,電子和空穴的產生率等於復合率,兩者的濃度維持平衡。在外界條件作用下(例如光照),將產生附加的非平衡載流子,即電子—空穴對;外界條件撤消後,由於復合率大於產生率,非平衡載流子將逐漸復合消失掉,最後回復到熱平衡態。非平衡載流子濃度隨時間的衰減規律一般服從exp(-t/τ)的關系,常數τ表示非平衡載流子在復合前的平均生存時間,稱為非平衡載流子壽命。在半導體器件中,由於非平衡少數載流子起主導作用,因此τ常稱為非平衡少數載流子壽命,簡稱少子壽命。τ值范圍一般是10-1～103μs。復合過程大致可分為兩種:電子在導帶和價帶之間直接躍遷,引起一對電子—空穴的消失,稱為直接復合;電子—空穴對也可能通過禁帶中的能級(復合中心)進行復合,稱為間接復合。每種半導體的r並不是取固定值,將隨化學成分和晶體結構的不同而大幅度變化,因此,壽命是一種結構靈敏參數。τ值並不總是越大越好。對於Si單晶棒和晶體管的靜態特性來說,希望τ值大些。但是,對於在高頻下使用的開關管,卻往往需要摻雜(擴散金),以增加金雜質復合中心,降低τ值,提高開關速度。近年來,在電力電子器件生產中,常用電子束輻照代替摻金,降低τ值。在Si和GaAs材料、器件和集成電路生產過程中,τ值是必須經常檢測的重要參數。

9. 半導體中的載流子是什麼

半導體載來流子即半導源體中的電流載體。
在物理學中，載流子指可以自由移動的帶有電荷的物質微粒，如電子和離子。
在半導體中，存在兩種載流子，電子以及電子流失導致共價鍵上留下的空位（空穴）均被視為載流子。
通常N型半導體中指自由電子，P型半導體中指空穴，它們在電場作用下能作定向運動，形成電流。
載流子就是帶有電荷、並可運動而輸運電流的粒子，包括電子、離子等。半導體中的載流子有兩種，即帶負電的自由電子和帶正電的自由空穴。實際上，空穴也就半導體中的價鍵空位，一個空位的運動就相當於一大群價電子的運動；只不過採用數量較少的空穴這個概念來描述數量很多的價電子的運動要方便得多。所以，從本質上來說，空穴只是一大群價電子的另一種表述而已。