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E F E Fi E Fi E F P-type 반도체 N-type 반도체 5.4 Quasi-Fermi Energy Levels 식 3.39 & 40 열적 평형 상태 E F E Fi N-type 반도체 초과 운반자가 존재하면 : 열적 평형 상태가 아님 Fermi 에너지가 정의되지 않음 Quasi -Fermi 에너지를 정의 E Fn E Fp 예제 5.5 Quasi-Fermi 에너지를 구하기 Quasi-Fermi 에너지 개념 : p-n Junction 에서 사용

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5 4 quasi fermi energy levels

EF

EFi

EFi

EF

P-type 반도체

N-type 반도체

5.4 Quasi-Fermi Energy Levels

식 3.39 & 40

  • 열적 평형 상태
slide2

EF

EFi

N-type 반도체

  • 초과 운반자가 존재하면: 열적 평형 상태가 아님

Fermi 에너지가 정의되지 않음

Quasi-Fermi 에너지를 정의

EFn

EFp

예제 5.5 Quasi-Fermi

에너지를 구하기

Quasi-Fermi 에너지 개념: p-n Junction 에서 사용

5 5 excess carrier lifetime
5.5 Excess Carrier Lifetime
  • 만약 반도체가 perfect하다면: Forbidden band-gap안에 존재 가능한 에너지 상태가 없음
  • 실제의 경우: Defect등으로 forbidden band-gap 사이에 Defect State가 존재 가능
  • 이러한 State가 lifetime에 큰 영향
  • Shockley-Read-Hall Theory 로 mean carrier life time 결정 가능
5 5 1 shockley read hall theory
5.5.1 Shockley-Read-Hall Theory
  • Allowed 에너지 상태 (Trap): Act as a recombination center.
    • 전자나 홀을 capture (거의 같은 확률로)
      • 전자와 홀에 대한 비슷한 capture cross section
  • S-R-H Theory : Band gap 안에 있는 single trap을 가정해서 recombination rate을 결정
s r h theory

537.622 M154

S-R-H Theory
  • Four Basic Processes (For Acceptor type 가정)
    • 전자를 포획 (from conduction band)
    • 전자를 방출 (to conduction band)
    • 홀을 포획 (from valance band)
    • 홀을 방출 (to valance band)

(식 5.78)

자세한 유도 과정: John P. McKelvey (pp. 361~368)

“Solid State and Semiconductor Physics” Happer & Row,

5 5 2 limits of extrinsic doping low injection
5.5.2 Limits of Extrinsic Doping & Low Injection

n`, p` 의 물리적 의미:

만약 Fermi 에너지가 Et 일 때

conduction(valance) band 에

존재할 전자(홀)의 농도

Low level injection

Minority 홀과 관계

For N-type

For P-type

5 5 2 surface effects
5.5.2 Surface Effects
  • 표면: 많은 Defect, trap 존재
  • 표면에서의 Minority carrier lifetime < Bulk
  • 전체 반도체내에서 일정한 Generation rate 가정하면:
    • Generation rate = recombination rate
    • Recombination rate at Surface = at Bulk
    • Since