为什么迁移率主要由自由时间短的机理决定

2020-11-22 06:41:22 字数 5561 阅读 3663

1楼:升龙国际噢输给

在半导体物理中电子的迁移率与哪些因素有关

迁移率和单位载流子的电荷量、载流子的平均自由时间和载流子有效质量有关.迁移率=电荷量乘自由时间除有效质量.平均自由时间是指载流子受晶格两次散射中间的时间,即外电场下自由加速的时间

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2楼:匿名用户

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7楼:匿名用户

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从能带角度解释为什么电子的有效质量绝对值小于空穴,而迁移率高于空穴。

8楼:匿名用户

有效质量的**是我们将带底附近的载流子能量做了简谐近似。也就是我们把载流子的能量对波矢k做级数展开,并保留到第二项。由于第一项是e对k的斜率为0;而在带底这个第二项,包含两个部分,一个是能量e对波矢k的二阶微分,还有一个波矢k的平方。

我们知道波矢k又是和动量p正比,因此现在这个方程看起来就是一个系数乘上动能的平方,很像我们平时对动能的定义,于是我们就做了一个类比,将前面的那个e对k的二阶微分的导数类比于质量,这就是有效质量。

简而言之,有效质量是我们在能量理论下做的一个类别,其直接的结论是有效质量与能带的曲率成反比。而导带的曲率比价带大,因此电子有效质量比空穴小。从物理角度上讲,价带电子近似自由,收到的散射和舒服更小;而空穴依旧受到原子核的束缚。

在同样的外力作用下,电子看起来会比空穴轻。

迁移率正比于载流子运动的平均自由时间,也正比于平均速度,因此反比于有效质量。更科学的解释同上,因为空穴运动时受到的束缚和散射比电子更多,因此他的迁移率没有电子大

9楼:匿名用户

好像我也该去复习量子力学了···

发光二极管的发光区为什么在p区?

10楼:匿名用户

发光二极管的发光区为什么在p区?这必须从其发光原理说起。

一。发光二极管的发光机理

1.p-n结电子注入发光

p-n结未知电压是构成一定的势垒;当加正向偏置时势垒下降,p区和n区的多数载流子向对方扩散。由于电子迁移率μ比空穴迁移率大得多,出现大量电子向p区扩散,构成对p区少数载流子的注入。这些电子与价带上的空穴复合,复合时得到的能量以光能的形式释放。

这就是p-n结发光的原理。

发光的波长或频率取决于选用的半导体材料的能隙eg。如eg的单位为电子伏(ev),

eg=hv/q=hc/(λq)

λ=hc/(qeg)=1240/eg (nm)

半导体可分为置接带隙和间接带隙两种,发光二极管大都采用直接带隙材料,这样可使电子直接从导带跃迁到价带与空穴复合而发光,有很高的效率。反之,采用间接带隙材料,其效率就低一些。下表列举了常用半导体材料及其发射的光波波长等参数。

2.异质结注入发光

为了提高载流子注入效率,可以采用异质结。n区的电子注入p区的速率却较小。这样n区的电子就越迁到价带与注入的空穴复合,而发射出由n型半导体能隙所决定的辐射。

由于p取得能隙大,光辐射无法把点自己发到导带,因此不发生光的吸收,从而可直接透射处发光二极管外,减少了光能的损失。

3.发光强度分布

发光二极管的幅通量是集中在一定角度内发射出去的。

11楼:匿名用户

半导体发光二极管(led)是在半导体p-n结或类似的结构中通以正向电流,以高效率发出可见光或红外辐射的器件。由于它发射准单色光、尺寸小、寿命长和廉价,因此被广泛用作仪表的指示器、光电耦合器和光学仪器的光源等领域。

一、发光二极管的发光机理

1.p-n结电子注入发光

图1、图2表示p-n结未知电压是构成一定的势垒;当加正向偏置时势垒下降,p区和n区的多数载流子向对方扩散。由于电子迁移率μ比空穴迁移率大得多,出现大量电子向p区扩散,构成对p区少数载流子的注入。这些电子与价带上的空穴复合,复合时得到的能量以光能的形式释放。

这就是p-n结发光的原理。

发光的波长或频率取决于选用的半导体材料的能隙eg。如eg的单位为电子伏(ev),

eg=hv/q=hc/(λq)

λ=hc/(qeg)=1240/eg (nm)

半导体可分为置接带隙和间接带隙两种,发光二极管大都采用直接带隙材料,这样可使电子直接从导带跃迁到价带与空穴复合而发光,有很高的效率。反之,采用间接带隙材料,其效率就低一些。下表列举了常用半导体材料及其发射的光波波长等参数。

3.异质结注入发光

为了提高载流子注入效率,可以采用异质结。图4表示未加偏置时的异质结能级图,对电子和空穴具有不同高度的势垒。图5表示加正向偏置后,这两个势垒均减小。

但空垒的势垒小得多,而且空穴不断从p区向n区扩散,得到高的注入效率。n区的电子注入p区的速率却较小。这样n区的电子就越迁到价带与注入的空穴复合,而发射出由n型半导体能隙所决定的辐射。

由于p取得能隙大,光辐射无法把点自己发到导带,因此不发生光的吸收,从而可直接透射处发光二极管外,减少了光能的损失。

发光二极管与半导体二极管同样加正向电压,但效果不同。发光二极管把注入的载流子转变成光子,辐射出光。一般半导体二极管注入的载流子构成正向电流。应严格加以区别。

二、发光二极管的特性

1. 效率

发光二极管的效率可以用电光源的常用术语来表征,即对红外光采用辐射效率ηe,对可见光则用发光效率ηl.但是也有用内量子效率ηqi和外量子效率ηqe来表征的;

ηqi=nt/g

公式中nt为辐射复合产生光子的效率,g为注入的电子空穴对书。这样ηqi等于注入每个电子空穴对在半导体内所发生的光子数,最高可接近100%。

ηqe=nt/g

公式中,nt为从发光二极管输出光子的效率。这样qei等于注入每个电子空穴对所产生的输出器件外的有效光子数,一般只有0.01----13%。

发射红外的ηqe可达15%,而绿光ηqe,下降到1%以下。

使外量子效率显著下降的主要原因是半导体本身的吸收,是光从半导体射入空气时的反射损失和全反射损失造成的。例如gaas的折射率n=3.6,反射损失为32%,用图6所示结构的全反射损失为96%,出射的光只有百分之几。

采用图7的结构,全反射损失大为减少。目前常用透明树脂替代图7的球型部分,以降低成本。

2. 光的光谱分布

对大多数半导体材料来说,由于折射率较大,在光逸出半导体之前,往往以经过多次反射,由于短波光比长波光易于吸收,所以峰值波长所对应的光子能量比带隙eg小些。例如,gaas发射的峰值波长所对应的光子能量为1.1ev,比室温下的带隙eg小0.

3ev。改变gaas1-xpx中的x值,峰值波长在620---680nm范围内变化。谱线半宽度为200-300a。

由此可知,发光二极管提供的是半宽度很大的单色光。

由于半导体的能隙温度的上升而减小,因此它所发射的峰波长随温度的上升而增长,温度系数约为2-3a/°c。

3.发光强度分布

一种在gap基片上生成gaasp的发光二极管的发光分布温度如图8所示,谱线宽度为400a,发射的角度宽度约为22°,500μw/sr。总之,发光二极管的幅通量是集中在一定角度内发射出去的。

4.光出射度

图9表明几种半导体p-n结发射的光出射度与输入电流的关系。可见,gaas1-xpx和ga1-xalxas,半导体发光管具有良好的线性,其他两种则相当差。图10表明发光二极管输出的光通量强烈地依赖环境温度,使用时必须加以考虑。

5.响应时间

发光二极管的响应时间是标志反应速度的一个重要参数,尤其在脉冲驱动或电调制时显得非常重要。响应时间是指注入电流后发光二极管启亮(上升)和熄灭(衰减)的时间。发光二极管的上升时间随着电流的增大近似的成指数地衰减。

直接跃迁的材料如(gaas1-xpx)的响应时间仅几个ns,而间接跃迁材料(如gap)的响应时间则是100ns。

发光二极管可利用交流供电或脉冲供电获得调制光或脉冲光,调制频率可高达几十兆赫。这种直接调制技术使发光二极管在相位测距仪、能见度仪及短距离通讯中得到应用。

6.寿命

发光二极管的寿命一般很长,电流密度小于1a/cm2的情况下,寿命可达1000000小时,即可连续点燃一百多年。这是任何光源均无法与它竞争的。发光二极管的亮度随着工作时间的加长而衰退,这就是老化。

老化的快慢与电流密度j和老化时间常数r有关。

目前限于工艺水平,发光二极管发射的幅通量(功率)只有微瓦、毫瓦级,几十毫瓦的已很少见。随着大功率器件的出现,其应用的领域将会日益扩大。

12楼:冀客

都啥年代了,还p区发光。

现在的led绝大多数都是多量子阱结构的,量子阱本身不掺杂,两边分别是p区和n区,电子空穴对在不掺杂的量子阱层内复合发光。

迁移率的物理意义是什么?它由什么因素决定

13楼:枫林狼

迁移率是单位电场强度下所产生的载流子平均漂移速度。迁移率代表了载流子导电能力的大小,它和载流子(电子或空穴)浓度决定了半导体的电导率。迁移率与载流子的有效质量和散射概率成反比。

载流子的有效质量与材料有关,不同的半导体中电子有不同的有效质量。如硅中电子的有效质量为0.5m0(m0是自由电子质量),砷化镓中电子的有效质量为0.

07m0。空穴分重空穴和轻空穴,它们具有与电子不同的有效质量。半导体中载流子在低温下主要受到缺陷和杂质的散射,高温下主要受到由原子晶格振动产生的声子的散射。

散射越强,迁移率越低。

为什么镁离子和钠离子不等价, 但是镁离子水溶液跟钠离子水溶液的迁移率相似?

14楼:孤独的狼

因为两者元素不同,所以不可能等价。

迁移率是指单位电场强度下所产生的载流子平均漂移速度。它的单位是厘米/(伏·秒)。迁移率代表了载流子导电能力的大小,它和载流子(电子或空穴)浓度决定了半导体的电导率。

迁移率与载流子的有效质量和散射概率成反比。迁移率是表征半导体的一个重要参数。迁移率越大,器件的运行速度越快,截止频率就越高。

溶液中带电粒子在电场e中向着相异电荷的电极移动,它的移动速度v是电场e和粒子的有效迁移率m的乘积,即v=me,由此导出有效迁移率m=v/e。

迁移率的影响因素:

迁移率和单位载流子的电荷量、载流子的平均自由时间和载流子有效质量有关.迁移率=电荷量乘自由时间除有效质量.平均自由时间是指载流子受晶格两次散射中间的时间,即外电场下自由加速的时间.

离子迁移率是一种产生离子质谱信息的方法,包括下列步骤:产生气态离子团;沿第一轴及时分离气态离子团,形成多个离子组,各离子组具有与其相关的单一离子迁移率;沿垂直于第一轴的第二轴顺序地及时分离至少一些离子组,形成多个离子小组,各离子小组具有与其相关的单一离子质量;和处理至少一些离子小组,由此确定质量的特定信息。

从上可以看出:迁移率与元素的种类无关,只与离子所带的电荷量以及自由时间有关