什么是半导体载流子平衡状态

1. 什么是非平衡载流子为什么会出现非平衡载流子

非平衡载流子是指处于非平衡状态的半导体，其载流子浓度也不再是n0和p0（此处0是下标），可以比他们多出一部分。比平衡状态多出来的这部分载流子称为非平衡载流子。

2. 半导体稳定扩散和平衡态有什么区别

这时候的来光子能量大于半导自体的禁带宽度，所以价带电子在吸收能量后可以跃迁到导带而成为非平衡载流子。这部分的载流子是比平衡时多出来的，是源源不断的产生，所以是非平衡状态。既然是非平衡状态，那么产生率和复合率也就不相等了。这个时候产生率要大于复合率的。至于载流子从哪来到哪儿去...这个概念暂时还是有点模糊。
补充一下：稳恒光照就是能够注入稳定数量的非平衡载流子。

3. 有关半导体的问题，何谓费非平衡载流子非平衡状态与平衡状态的差异何在如何理解准费米能级是系统偏离

非平衡载流子 是指半导体收到外界条件的影响，例如光照或是加热，破坏了热平内衡条件，迫使它处于容与平衡状态偏离的状态，称为非平衡状态。
对于平衡态的半导体，在一定温度下，载流子的浓度是一定的，对于非平衡状态，会有多余的载流子产生。
准费米能级与电子的填充能级情况有关。例如 一块n型半导体，由于是施主杂质参杂，导致电子浓度很大，其准费米能级相对于费米能级，会高一些，接近导带。

4. 可以解释一下为什么非平衡状态下的半导体不满足质量作用定律吗

什么是半导体的热平衡状态
没有受到外界作用（即无电压、光照等）的版半导体,就说它处于热权平衡状态.
这时半导体中的载流子称为平衡载流子,在温度不变时,载流子浓度是一定的.载流子在各个能级上的分布遵从平衡统计分布函数——Fermi分布函数或者Boltzmann分布函数.Fermi能级概念适用.

5. 简述热平衡载流子和非平衡载流子的产生和运动的特点

1 基本概念

处于热平衡状态的半导体，其在一定温度下的载流子浓度是一定的。但是如果我们对其施加外界作用，比如加电或者光照。以光照为例，只要入射光子的能量大于半导体的禁带宽度，那么光子就会把价带电子激发到导带中去，产生电子-空穴对。此时载流子浓度不再是平衡时的状态。这些多出来的电子与空穴称为非平衡载流子，其浓度用 [公式] （电子）与 [公式] （空穴）表示。对于光注入， [公式] 。

一般将注入的非平衡载流子浓度远小于平衡时多子浓度的情形称为小注入。即使在小注入的情况下，非平衡少子浓度也是可以远大于平衡少子浓度的，这对于半导体性质有很大的影响。通常说的非平衡载流子都是指非平衡少子。

当外作用撤除时，注入的非平衡载流子就会逐渐消失，半导体回到原来的平衡状态。这一过程称为非平衡载流子的复合。以光注入为例，实验表明，外作用撤除后，非平衡载流子浓度按指数规律减少。其平均生存时间被称为非平衡载流子的寿命 [公式] 。由于非平衡载流子中，非平衡少子的影响处于主导地位，故非平衡载流子寿命常称为少数载流子寿命。

假定在一块n型半导体中通过光注入的方式均匀地产生了非平衡载流子 [公式] 与 [公式] 。在 [公式] 时刻，光照突然停止，于是有

[公式]

可以验证，这是一个使非平衡少子浓度呈平均寿命为 [公式] 的指数衰减的方程。

半导体处于平衡状态时，电子和空穴都可以用费米分布描述。当外界的影响破坏了热平衡时，我们可以认为导带内以及价带内的热平衡弛豫时间很短，而带间的热平衡的弛豫时间很长。所以电子与空穴可以分别用费米能级不同的分布函数描述。这两个费米能级称为“准费米能级”，电子（空穴）的准费米能级用 [公式] （ [公式] ）表示。一般来说，多子的准费米能级与平衡时的费米能级相差不大，而少子的准费米能级与平衡费米能级会相差许多。

2 载流子的运动

2.1 扩散

现在我们开始考虑有非平衡载流子时的运动。首先，非平衡载流子的存在允许载流子浓度在空间上分布不均匀，于是载流子会扩散。把因扩散导致的流密度称为扩散流密度，用 [公式] （空穴）以及 [公式] （电子）表示。以n型半导体为例，少子是空穴，有（一维情况）

[公式]

考虑其稳定情况

[公式]

故

[公式]

其解为

[公式]

其中 [公式] 称为扩散长度。当半导体的长度比扩散长度小得多的时候，上面的解的表达式即可以化为位置的线性函数。

我们利用这个方程可以计算一些更复杂的情况，比如通过一个以半球形陷入半导体表面的探针注入非平衡空穴。在这种情形下，注入处的扩散效率比一维情况大，因为沿径向向外的运动本身就会降低浓度。

6. 半导体中，什么是非平衡载流子

非平衡载流子就是由
于热激发或掺杂引起
的多于平衡时的载流
子

7. 半导体载流子的概念

载流子就是带有电荷、并可运动而输运电流的粒子，包括电子、离子等。半导体中的载流子有两种，即带负电的自由电子和带正电的自由空穴。实际上，空穴也就半导体中的价键空位，一个空位的运动就相当于一大群价电子的运动；只不过采用数量较少的空穴这个概念来描述数量很多的价电子的运动要方便得多。所以，从本质上来说，空穴只是一大群价电子的另一种表述而已。
载流子所处的能量状态
从晶体能带的角度来看，半导体的能量最高的几个能带分别是导带和价带，导带与价带之间隔着一个禁带。禁带中不具有公有化运动的状态——能级，但可存在杂质、缺陷等束缚能级。自由电子（简称为电子）就处于导带中，一般是在导带底附近（导带底就相当于电子的势能）；自由空穴（简称为空穴）就处于价带中，一般是在价带顶附近（价带顶就相当于空穴的势能）。价带中有大量的价电子，由于这些价电子是被价键束缚住的，不能自由运动，所以不把它们看成为载流子。
如果n型半导体中掺入的施主浓度不太高，那么导带中的电子浓度也较低，这时电子在导带底附近能级上的分布就遵从经典的Boltzmann分布，这时就称这些电子是非简并载流子，半导体也就是非简并半导体；相反，若掺杂浓度很高，则大量电子在导带底附近能级上的分布就需要考虑泡里不相容原理的限制，这时电子就遵从量子的Fermi-Dirac分布，这时就称这些电子是简并载流子，半导体也就是简并半导体。不过，应该注意，即使半导体是非简并的n型半导体，但价带中的电子由于是大量的价电子，所以它们始终是属于简并的载流子，总是遵从量子的Fermi-Dirac分布。
空穴就是由价带中的价电子跃迁到了导带之后所形成的（即留下的价键空位）；这种跃迁就称为本征激发，其特点是电子与空穴成对地产生。

8. 请问什么叫做载流子

在物理学中，载流子指可以自由移动的带有电荷的物质微粒，如电子和离子。在半导体物理学中，电子流失导致共价键上留下的空位（空穴[1]）被视为载流子。金属中为电子，半导体中有两种载流子即电子和空穴。
在电场作用下能作定向运动的带电粒子。如半导体中的自由电子与空穴，导体中的自由电子，电解液中的正、负离子，放电气体中的离子等。
"载流子" 在学术文献中的解释：
1、不论是N型半导体中的自由电子,还是P型半导体中的空穴,它们都参与导电,统称为“载流子”.“载流子”导电是半导体所特有的
2、关于气体导电众所周知,导体之所以容易导电,是因为“导体中存在大量的可以自由移动的带电物质微粒,称为载流子.在外电场的作用下,载流子作定向运动,形成明显的电流”
在半导体中载运电流的带电粒子——电子和空穴,又称自由载流子。在一定温度下,半导体处于热平衡状态,半导体中的导电电子浓度n0和空穴浓度p0都保持一个稳定的数值,这种处于热平衡状态下的导电电子和空穴称为热平衡载流子。
在本征半导体中只发生热激发时,电子数目等于空穴数目,这时热平衡载流子浓度为

式中m0为电子质量,kg;mn*为电子有效质量,kg; mp*为空穴有效质量,kg;k为玻耳兹曼常数,J/K;Eg为禁带宽度,eV;ni为本征载流子浓度,cm-3;T为绝对温度,K。
对于杂质半导体,N型半导体中的电子和P型半导体中的空穴称为多数载流子(简称多子),而N型半导体中的空穴和P型半导体中的电子称为少数载流子(简称少子)。在强电离的情况下,N型半导体中多子浓度nn及少子浓度pn分别为
P型半导体中多子浓度pp及少子浓度np分别为
上二式中ND为施主杂质浓度,cm-3;NA为受主杂质浓度,cm-3。
如果对半导体施加外界作用(如用光的或电的方法),破坏了热平衡条件,使半导体处于与热平衡状态相偏离的状态,则称为非平衡状态。处于非平衡状态的半导体,其载流子比平衡状态时多出来的那一部分载流子称为非平衡载流子。在N型半导体中,把非平衡电子称为非平衡多数载流子,非平衡空穴称为非平衡少数载流子。对P型半导体则相反。在半导体器件中,非平衡少数载流子往往起着重要的作用。
载流子寿命 life time of carriers
非平衡载流子在复合前的平均生存时间,是非平衡载流子寿命的简称。在热平衡情况下,电子和空穴的产生率等于复合率,两者的浓度维持平衡。在外界条件作用下(例如光照),将产生附加的非平衡载流子,即电子—空穴对;外界条件撤消后,由于复合率大于产生率,非平衡载流子将逐渐复合消失掉,最后回复到热平衡态。非平衡载流子浓度随时间的衰减规律一般服从exp(-t/τ)的关系,常数τ表示非平衡载流子在复合前的平均生存时间,称为非平衡载流子寿命。在半导体器件中,由于非平衡少数载流子起主导作用,因此τ常称为非平衡少数载流子寿命,简称少子寿命。τ值范围一般是10-1～103μs。复合过程大致可分为两种:电子在导带和价带之间直接跃迁,引起一对电子—空穴的消失,称为直接复合;电子—空穴对也可能通过禁带中的能级(复合中心)进行复合,称为间接复合。每种半导体的r并不是取固定值,将随化学成分和晶体结构的不同而大幅度变化,因此,寿命是一种结构灵敏参数。τ值并不总是越大越好。对于Si单晶棒和晶体管的静态特性来说,希望τ值大些。但是,对于在高频下使用的开关管,却往往需要掺杂(扩散金),以增加金杂质复合中心,降低τ值,提高开关速度。近年来,在电力电子器件生产中,常用电子束辐照代替掺金,降低τ值。在Si和GaAs材料、器件和集成电路生产过程中,τ值是必须经常检测的重要参数。

9. 半导体中的载流子是什么

半导体载来流子即半导源体中的电流载体。
在物理学中，载流子指可以自由移动的带有电荷的物质微粒，如电子和离子。
在半导体中，存在两种载流子，电子以及电子流失导致共价键上留下的空位（空穴）均被视为载流子。
通常N型半导体中指自由电子，P型半导体中指空穴，它们在电场作用下能作定向运动，形成电流。
载流子就是带有电荷、并可运动而输运电流的粒子，包括电子、离子等。半导体中的载流子有两种，即带负电的自由电子和带正电的自由空穴。实际上，空穴也就半导体中的价键空位，一个空位的运动就相当于一大群价电子的运动；只不过采用数量较少的空穴这个概念来描述数量很多的价电子的运动要方便得多。所以，从本质上来说，空穴只是一大群价电子的另一种表述而已。