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ravel78

木虫 (正式写手)

[交流] 【求助】求助PN结的问题

对PN结似懂非懂,最大的迷惑就是关于空间电荷区的内建电势问题。先谢谢各位高人的指点。


1. PN结的空间电荷区很薄,估计不到1um,为了平衡载流子的扩散,n型半导体一边电势更高,内建电场方向也是从n型指向p型。
但是p型和n型半导体并不局限于pn结很薄的空间电荷层。我的疑问是,在无光照条件下,整个p型区或者整个n型区是否具有统一的电势?
如果具有统一电势,那么整个n型区的电势都将高于p型区。如果这个结论成立,无需光照,pn结本身就是个电池。这个结论显然是错误的,无光照情况下,pn结两端用电压表测量应该电势为0,那么接着来的问题是,如果在空间电荷区p型半导体电势更低,那么,最终经过怎样的过渡,pn结在远离空间电荷区的地方电势又重新相等了?


2. 与上面相关的一个问题是光生电势差,教科书上的说法是,等效于加载了正向电压?那么对于pn结的伏安特性曲线中的电压是等效电压还是实测电压?我想是实测电压,那么实测电压只和光生电动势有关?还是跟空间电荷区原本的电势也有关?
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qfw_68

版主 (文坛精英)

有尾巴的青蛙


ravel78(金币+1,VIP+0):谢谢,继续求助 12-11 12:38
电势差V的问题与费米能级的高度差qV有关。对于无光照的平衡PN结,两边的费米能级是等高的直线,即电子填充水平是一样的,PN结中的扩散电流与内建电场作用下的漂移电流是大小相等,方向相反的,净电流为零。
      对于有光照的PN结,载流子运动处于准平衡状态。光生载流子在内建电场的作用下,电子向n区漂移(导致n区的准费米能级升高),空穴向p区漂移(导致p区的准费米能级降低),两准费米能级之能量差为qVoc,而Voc即为光照情况下的电池开路电压。
没有困难创造困难也要上网。
2楼2009-12-11 11:28:31
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ravel78

木虫 (正式写手)

引用回帖:
Originally posted by qfw_68 at 2009-12-11 11:28:
电势差V的问题与费米能级的高度差qV有关。对于无光照的平衡PN结,两边的费米能级是等高的直线,即电子填充水平是一样的,PN结中的扩散电流与内建电场作用下的漂移电流是大小相等,方向相反的,净电流为零。
     ...

1. 热平衡,无光照下净电流为0,但PN结空间电荷区内N区电势还是高于P区啊。

我想知道PN结中,空间电荷区以外,N型半导体电势是不是比P型半导体更高,为什么?
3楼2009-12-11 12:53:30
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wfliu2301

木虫 (著名写手)

在一块完整的硅片上,用不同的掺杂工艺使其一边形成N型半导体,另一边形成P型半导体,在P型半导体和N型半导体结合后,在它们的交界处就出现了电子和空穴的浓度差别,N型区内电子很多而空穴很少,P型区内则相反。这样,电子和空穴都要从浓度高的地方向浓度低的地方扩散。它们扩散的结果就使P区一边失去空穴,留下了带负电的杂质离子,N区一边失去电子,留下了带正电的杂质离子。半导体中的离子它们不能任意移动,因此并不参与导电,通常称为空间电荷,它们集中在P和N区交界面附近,形成了一个很薄的空间电荷区,就是所谓的PN结。又称为耗尽区。扩散越强,空间电荷区越宽。

     由于空间电荷区正负电荷之间的相互作用,在空间电在区中就形成了一个电场(称为内电场),其方向是从带正电的N区指向带负电的P区。内电场的方向是阻止扩散的。

    内电场将使N区的少数载流子空穴向P区漂移,使P区的少数载流子电子向N区漂移,漂移运动的方向正好与扩散运动的方向相反。从N区漂移到P区的空穴补充了原来交界面上P区所失去的空穴,从P区漂移到N区的电子补充了原来交界面上N区所失去的电子,这就使空间电荷减少。因此,漂移运动的结果是使空间电荷区变窄,其作用正好与扩散运动相反。

    当漂移运动达到和扩散运动相等时,PN结便处于动态平衡状态。PN结空间电荷区的N区的电位要比P区高,其差值用Vo表示,称为接触电位差。
4楼2009-12-11 12:55:46
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wfliu2301

木虫 (著名写手)

是的,但内建电势阻止继续扩散,形成动态平衡。
5楼2009-12-11 12:58:24
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wfliu2301

木虫 (著名写手)


ravel78(金币+1,VIP+0):感谢解答 12-11 16:04
实测电压是光生电动势和内建电势的差值
6楼2009-12-11 12:59:45
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ravel78

木虫 (正式写手)

引用回帖:
Originally posted by wfliu2301 at 2009-12-11 12:59:
实测电压是光生电动势和内建电势的差值

我确实相信光照前,热平衡下,短接PN结两端电势为0。但无法在逻辑上成立,因为PN结的空间电荷层确实是存在电势差的。
7楼2009-12-11 16:19:05
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