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R2-1 有文献建议4可用低注入条件下测得的载流子与温度的关系作为识别硅中金属杂质的手段,但这只有在低注入以及某些很有限的条件下才可能。R2-2 在低注入范围内,S-R-H载流子复合寿命由公式R1-2给出。在非简并半导体内,载流子浓度n0、p0、n1和p1都是温度的指数函数。平衡电子和空穴浓度n0和p0分别可表示如下: 其中: Nc = 导带态密度,以态/cm3表示。 Nv = 价带态密度,以态/cm3表示。 eF = 费米能级或平衡电化学势能,以eV表示。 ec = 导带边,以eV表示, ev = 价带边,以eV表示, k = 波尔茨曼常数(=8.6173´10-5eV/K)。 T = 温度,以K表示。 当费米能级位于缺陷中心能级eT上时的电子浓度n1和空穴浓度p1可表示如下: R2-3 从公式R1-2可知,低注入(或小信号)载流子复合寿命t0可以用电子和空穴俘获时间常数tn0和tp0以四项和的形式计算而得 在冻结区和本征区之间的温度区域内,多数载流子浓度等于掺杂剂净浓度,上式各项的分母为常数。如果另外还假定俘获时间常数与温度没有关系,则在缺陷中心部分填满的温度范围(即包含p1或n1的一项在小信号复合寿命中占主导)内,从lnt0与1/T的关系曲线的斜率可获得缺陷中心的能级eT。虽然严格地说此假设通常并不很正确,但俘获时间常数随温度的变化与载流子浓度的指数关系相比通常是要小很多的。 R2-4 n型和p型硅中的元素铁,p型硅中的铁硼对,这三种例证可用来阐明上述分析。在每种情况下铁浓度都假定为5´1011原子/cm3,掺杂剂浓度假定为1´1015原子/cm3。对p型硅,这种掺杂剂浓度相当于电阻率r»10 R2-4.1 p型硅中的元素铁(见图R2-1)——在室温以下,p0>>p1>>n1>>n0,于是t0=tn0。在约 R2-4.2 n型硅中的元素铁(见图R2-2)——在约 R2-4.3 p型(掺硼)硅中的铁硼对(见图R2-3)——此时,p1>>p0>>n0>>n1,所以从远低于室温到 R2-5 上述例证说明,在有限的条件下,从测量得到的载流子复合寿命与稍高于室温的温度的关系中获得的激活能是可以与位于禁带接近中央位置的缺陷中心的能级相联系的,这正是大多数元素金属杂质的情况。 |