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北京石油化工学院2026年研究生招生接收调剂公告
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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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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 ]
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
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?
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?
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?
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?
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...
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。
10楼2013-10-18 01:01:24
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简单回复
yxu19862楼
2012-10-30 17:05   回复  
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