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小木虫论坛-学术科研互动平台 » 专业学科区 » 能源 » 新能源 » 费米能级拉平-PN结
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upchjf

木虫 (正式写手)

[交流] 费米能级拉平-PN结

太阳电池中P型和N型半导体接触会使费米能级拉平，然后耗尽层，然后能带弯曲，为什么真空能级也发生弯曲？
PN结的能带图中拉平的费米能级全部贯穿P，结区和N，是什么使其拉平的？

pn.jpg
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1楼 2012-10-30 16:39:25
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SCU_magiclee

铁杆木虫 (正式写手)
★ ★ ★
小木虫: 金币+0.5, 给个红包，谢谢回帖
upchjf: 金币+2 2012-10-31 15:37:02
必须平啊，如果不平的话，载流子就可以一直不断的流动了，直接接根导线就有电流了，永动机就出来了！这显然不符合能量守恒啊。就像大坝两侧，一边水多（电子多的N区），一边水少/空气多（空穴多的P区）。大坝泄洪了（PN两侧接触了），水肯定就出来了啊。如果这个大坝在一个巨大的坑里，那么最终肯定就变成一个湖了。你说湖面是不是平的？精炼一句总结：能量守恒。
至于真空能级，书上这样话，应该是出于对功函数、电子亲和能这些概念更直观的表现。真空能级是恒定的。

[ Last edited by SCU_magiclee on 2012-10-31 at 13:04 ]
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3楼2012-10-31 12:53:40
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petert

银虫 (小有名气)
引用回帖:
3楼: Originally posted by SCU_magiclee at 2012-10-31 12:53:40
必须平啊，如果不平的话，载流子就可以一直不断的流动了，直接接根导线就有电流了，永动机就出来了！这显然不符合能量守恒啊。就像大坝两侧，一边水多（电子多的N区），一边水少/空气多（空穴多的P区）。大坝泄洪了 ...

不错
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4楼2012-10-31 13:04:57
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upchjf

木虫 (正式写手)
引用回帖:
3楼: Originally posted by SCU_magiclee at 2012-10-31 12:53:40
必须平啊，如果不平的话，载流子就可以一直不断的流动了，直接接根导线就有电流了，永动机就出来了！这显然不符合能量守恒啊。就像大坝两侧，一边水多（电子多的N区），一边水少/空气多（空穴多的P区）。大坝泄洪了 ...

谢谢回复。
如果是金属之间接触，用水来比喻比较恰当，我之前也是这么理解的。
但是这样的话，耗尽层外半导体的功函为什么不变？
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5楼2012-10-31 15:36:35
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SCU_magiclee

铁杆木虫 (正式写手)
★
小木虫: 金币+0.5, 给个红包，谢谢回帖
没有看懂你的问题。猜测一下，你是不是问为什么中性区（即耗尽层外的区域）和耗尽层区拥有同样的费米能级？
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6楼2012-11-01 09:04:37
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心平气和仙子

金虫 (正式写手)
★ ★ ★ ★ ★ ★
小木虫: 金币+0.5, 给个红包，谢谢回帖
upchjf: 金币+5, 正解，谢谢 2012-11-07 15:08:59
模仿金属功函的定义，半导体材料的功函数是真空能级与费米能级的差值，也可反映的是电子从半导体逸出所需能量（注意不是最小能量），但是半导体的费米能级和掺杂浓度有关。
半导体的电子亲和能，表示使半导体导带底的电子逸出体外所需的最小能量。是真空能级和导带底的能量差。与半导体的掺杂程度无关。
但是，只要半导体给定了，二者就不会改变，是半导体材料的特征参数。所以远离耗尽区，二者都没变。
不知我的理解可对？
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7楼2012-11-02 09:46:05
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ltxx

金虫 (小有名气)
★
小木虫: 金币+0.5, 给个红包，谢谢回帖
同问为何真空能级弯曲？还有，能带向上弯向下弯的依据是什么？
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8楼2013-08-23 16:27:21
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ltmodir

铁虫 (初入文坛)
★
小木虫: 金币+0.5, 给个红包，谢谢回帖
引用回帖:
8楼: Originally posted by ltxx at 2013-08-23 16:27:21
同问为何真空能级弯曲？还有，能带向上弯向下弯的依据是什么？

1. 远离PN结冶金界面的是中性区
2. 中性区的功函数保持恒定
so...
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9楼2013-10-09 15:11:29
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hiboy

新虫 (小有名气)
★
小木虫: 金币+0.5, 给个红包，谢谢回帖
我觉的可以这么理解，把PN结看作一个整体，N区的电子如果出现在P区，就得克服耗尽区的电场，就得具有比N区更高的能量才行，所以P区的能级相对于N区就被整体抬高了。

N区的费米能级与参杂浓度有关，形成PN结后，除了耗尽区外，其它地方的电子浓度没有变化，所以
费米能及相对于价带和导带的位置不变，不论是否和P型半导体形成PN结。同理，P区的费米能级的相对位置在形成PN结前后亦不变。如昨天图，N型半导体材料和P型接触后，在接触面上同一点的右边，处于N型半导体费米能及的下方，（单看N区，电子出现的概率较高，大于1/2），在该点的左边，处于P型半导体费米能级的上方，（单看P区，电子出现的概率较小，小于1/2），由于这个概率差，电子由N区流向P区，随电子流动，建立了一个由N指向P的内建电场，阻止电子流动，其结果是P区的能级相对于N区被整体提升（P区和N区视为一个整体，P区同一地方出现电子的概率降低，不论是自己激发的，还是从N区过来的），如上一段所说。那么二者费米能级就逐渐靠近，此时再看分界面上同一点的两侧（N区P区单独来看），由于费米能级逐渐靠近，其电子出现的概率差就逐渐减小，直至为零，电子不在流动（动态平衡），那么费米能级就处于同一水平了。本征费米能级在禁带中间，不因参杂的不同而改变。分别对于N区P区来说，相对位置是不变的，在导带和价带的中间，所以在计算的时候可以将其做为参照点（因为它的相对位置不变，算P区能带的提升量可以做为参照）。
总上上一段及上一段所述，P型半导体和N型半导体形成PN结后，能带的变化是P区能带被整体提升，直至P区费米能级与N区处于同一水平。
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10楼2013-10-18 01:01:24
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yxu19862楼
2012-10-30 17:05   回复  
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