
【电】 surface recombination velocity
表面复合速度(Surface Recombination Velocity)是半导体物理学中的核心参数,用于量化载流子在材料表面因缺陷或界面态引发的复合效率。其定义为:单位时间内,单位表面积内电子-空穴对的复合速率与表面载流子浓度梯度的比值,公式可表示为
$$
S = frac{J}{n_s - n_0}
$$
其中$J$为复合电流密度,$n_s$为表面载流子浓度,$n_0$为体区平衡浓度。
在器件工程中,该参数直接影响太阳能电池的转换效率(降低约5-15%)和晶体管的漏电流特性。例如,硅材料表面经等离子体处理后,复合速度可从$10$ cm/s降至$10$ cm/s量级。权威研究表明,通过原子层沉积Al₂O₃钝化层,能使III-V族半导体表面复合速度达到理论极限值$<10$ cm/s。
国际半导体技术路线图(ITRS)将表面复合速度列为器件微缩化的关键监控指标,相关测量技术载于美国物理联合会《应用物理评论》2023年刊发的表面表征方法论专刊。德国弗朗霍夫研究所2024年公布的行业白皮书指出,先进异质结电池要求表面复合速度控制在50 cm/s以下。
表面复合速度是半导体物理学中描述表面复合效应的重要参数,其定义和意义如下:
表面复合速度(通常用符号( S )表示)表示单位时间内通过单位表面积复合的电子-空穴对数(即表面复合率)与非平衡载流子浓度Δp的比值。数学表达式为: $$ text{表面复合率} = S cdot Delta p $$ 其中,( S )的量纲为速度单位(cm/s)。
当同时存在体内复合和表面复合时,实际测得的载流子寿命( tau )由两者共同决定: $$ frac{1}{tau} = frac{1}{tau{text{体内}}} + frac{2S}{d} $$ 其中( d )为样品厚度,( tau{text{体内}} )为仅考虑体内复合的寿命。
在半导体器件(如太阳能电池、光电探测器)中,降低表面复合速度可减少载流子损失,从而提高器件效率。例如,通过表面钝化工艺可有效减小( S )。
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