最後更新:2026年10月8日基礎概念半導體物理・晶體基礎中國大陸:载流子寿命

載子生命期(少數載子生命期)是什麼

Carrier Lifetime

載子生命期(少數載子生命期)是指因注入而增加的少數載子再結合消失前的平均時間。在矽中主要由經缺陷或金屬雜質能階的再結合決定,因此即使微量的金屬汙染也會使其大幅縮短。太陽能電池與影像感測器希望越長越好,高速二極體與IGBT則會刻意縮短。

目錄4 項
  1. 定義與原理
  2. 常見問題
  3. 相關用語
  4. 比較文章

定義與原理

載子生命期(Carrier Lifetime)是指因光或電流注入而增加的少數載子(N型半導體為電洞,P型為電子),與多數載子再結合而消失前的平均時間,也稱為少數載子生命期。以符號τ(tau)表示,是代表半導體晶體品質與汙染程度的重要指標。在生命期內載子以擴散移動的平均距離稱為擴散長度,以L=√(Dτ)(D為擴散係數)求得。

生命期由再結合發生的難易程度決定。在矽這類間接能隙半導體中,發光直接再結合的情形很少,主要是經由晶體缺陷或金屬雜質在能隙中形成的能階(深能階)所進行的再結合(SRH再結合)居主導。因此,即使鐵等金屬汙染極微量,生命期也會大幅縮短。高品質的矽晶體可達毫秒等級,但有汙染時會降到微秒以下。載子密度非常高時,涉及3個載子的歐傑再結合也會產生影響。

生命期依用途有時越長越好,有時則希望縮短。在太陽能電池與影像感測器中,為了不損失光產生的載子並減少暗電流,需要長的生命期。另一方面,在高速二極體與IGBT中,關斷時殘留的載子在消失前會持續導通電流,使切換變慢,因此會以電子束照射或鉑・金擴散刻意縮短生命期(生命期控制)。在製造管理上,會以微波光導衰減法(μ-PCD)等非接觸方式量測晶圓的生命期,以監控爐管或設備的金屬汙染。

載子生命期(少數載子生命期)的常見問題

載子生命期縮短的原因是什麼?
主要原因是晶體缺陷或鐵等金屬雜質在能隙中形成的能階。電子與電洞容易經由這些能階再結合,因此即使極微量的金屬汙染也會使生命期大幅縮短。因此生命期被用於監控汙染。
生命期控制是什麼?
是在高速二極體或IGBT中,以電子束照射或鉑・金擴散刻意製造再結合中心,縮短載子生命期的技術。關斷時殘留的載子會較快消失,因此切換變快、損耗減少。

相關設備・材料

比較文章

所屬主題