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  • 1 # oxxFgg

      準Fermi能級這個概念是為了方便討論非平衡載流子的統計分佈以及載流子濃度的能級而引入的。  對於處於熱平衡狀態的半導體,其中載流子在能帶中的分佈遵從Fermi-Dirac分佈函式(f(E)),並且整個系統具有統一的Fermi能級(Ef),其中的電子和空穴的濃度都可以採用這同一條Fermi能級來表示:  no=Nc×exp[-(Ec-Ef)/kT], po=Nv×exp[-(Ef-Ev)/kT].  而對於處於非(熱)平衡狀態的半導體,由於Fermi-Dirac分佈函式及其Fermi能級的概念在這時已經失去了意義,從而,也就不能再採用Fermi能級來討論非平衡載流子的統計分佈了。因此,非平衡載流子的濃度計算是一個很複雜的非平衡統計問題。  不過,對於非平衡狀態下的半導體,其中的非平衡載流子可以近似地看成是處於一定的準平衡狀態。例如,注入到半導體中的非平衡電子,在它們所處的導帶內,透過與其他電子的相互作用,可以很快地達到與該導帶相適應的、接近(熱)平衡的狀態,這個過程所需要的時間很短(該時間稱為介電弛豫時間,大約在10-10ps以下),比非平衡載流子的壽命(即非平衡載流子的平均生存時間,通常是μs數量級)要短得多,所以,可近似地認為,注入到能帶內的非平衡電子在導帶內是處於一種“準平衡狀態”。類似的,注入到價帶中的非平衡空穴,也可以近似地認為它們在價帶中是處於一種“準平衡狀態”。因此,半導體中的非平衡載流子,可以認為它們都處於準平衡狀態(即導帶所有的電子和價帶所有的空穴分別處於準平衡狀態)。當然,導帶電子與價帶空穴之間,並不能認為處於準平衡狀態(因為導帶電子和價帶空穴之間並不能在很短的時間內達到準平衡狀態)。

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