
【化】 electron-hole recombination
electron
【化】 electron
【醫】 e.; electron
cavity; hole
【計】 positive carrier; positive hole
【化】 cavity; hole; positive hole
complex; composite; compound
【化】 recombination
【醫】 combination; recombination
【經】 compound
電子空穴複合(Electron-hole recombination)是半導體物理中的核心概念,指半導體材料中導帶的自由電子與價帶的空穴相遇時,通過能量釋放回歸束縛态的過程。該現象直接關系到半導體器件的發光效率、熱穩定性與載流子壽命。
從載流子動力學角度分析,複合過程可分為兩類:
複合率可用以下公式表征: $$ R = B(np - n_i) + C_n n(n - n_0) + C_p p(p - p_0) $$ 其中B為雙分子複合系數,C_n/p為Auger複合系數(德國Springer《半導體基礎》第7章)。該過程對太陽能電池開路電壓、激光二極管阈值電流等關鍵參數具有決定性影響(IEEE電子器件彙刊第68卷)。
電子空穴複合是半導體物理中的重要概念,指導帶中的電子與價帶中的空穴相遇後重新結合的過程,具體機制和效應如下:
能量躍遷與載流子消失
當導帶中的電子躍遷回價帶時,會填補空穴的位置,導緻電子和空穴同時消失。這一過程伴隨着能量的釋放,能量可能以光子(如發光二極管)或聲子(熱能)形式釋放。
複合的觸發條件
通常由光照、電場等外界能量激發産生電子-空穴對,而複合則是系統恢複平衡的過程,例如在PN結中,載流子擴散形成的濃度梯度會加速複合。
輻射複合
電子與空穴直接複合并發射光子,常見于發光材料(如LED)。
非輻射複合
器件性能
複合過程影響半導體器件的效率,例如太陽能電池中過快的複合會降低光電轉換效率,而LED中輻射複合則是發光的基礎。
時間尺度
複合通常在微秒(μs)級完成,具體速率取決于材料性質和外界條件。
如需更深入的半導體能帶理論或複合數學模型,可參考固體物理教材或專業文獻。
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