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小木虫论坛-学术科研互动平台 » 材料区 » 功能材料 » 半导体 » 关于真空能级的理解
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伊山小淇

铜虫 (小有名气)

[交流] 关于真空能级的理解已有4人参与

刚开始学习一些半导体物理方面的东西，对真空能级的理解感到很困惑：
1. 真空能级是恒定的吗？
2. 为什么途中PbS 和MoOx两者的真空能级不在一条直线上？
3. 真空能级差0.63eV有什么意义吗？
4. MoOx的Gap States是什么意思？
关于真空能级的理解
PbS和MoOx接触
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1楼2013-11-13 14:44:59
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回帖支持 ( 显示支持度最高的前 50 名 )

victorsm

新虫 (初入文坛)
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给你一个简单的解释：
1. 严格意义上讲，真空能级对任何材料都是恒定的。就是当电子处于无限远时的能量，也就是势能为零的情况。
2. 任何两种材料不接触（没有电子转移）时，真空能级都是相同的。这种情况叫做Vacuum level alignment
3. 当两种半导体材料接触时（如这幅图里描述的情况），由于两种材料的功函不同，会出现相互之间的电子转移，并最终达到热力学平衡。这时的情形为Fermi Level alignment。 此时的真空能级不具备实际意义，只用来表示两种材料能级的相对位移。
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7楼2013-11-15 21:52:56
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xijh

铜虫 (初入文坛)
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引用回帖:
5楼: Originally posted by 伊山小淇 at 2013-11-15 11:29:23
弄错了，是这篇Gao, J.; Perkins, C. L.; Luther, J. M.; Hanna, M. C.; Chen, H.-Y.; Semonin, O. E.; Nozik, A. J.; Ellingson, R. J.; Beard, M. C., n-Type Transition Metal Oxide as a Hole Extraction Laye ...

看了一下
又翻了翻书baidu google了一下…………
感觉自己固体物理半导体物理都白学了，基本的概念都弄不清楚了。

我感觉这里的真空能级就是对电子而言变成自由电子的能级，这时不受原子的束缚了，其实也就是中学概念里的无穷远势能为零的情况。

之前我糊涂了是因为觉得不管啥材料，它的真空能级应该一样都是0嘛，结果图中似乎不一样。

我觉得是因为思考角度的问题

可以这么考虑：
UPS测出PbS和MoOx的束缚能差0.63eV
UPS测出的其实就是功函数，从费米能级到真空能级的差。
PbS和MoOx接触，费米能级已经相等了，纯理想情况下其功函数应该变得一样才对（因为对无穷大晶体而言功函数=真空能级-费米能级）
但事实上由于表面态的原因，功函数并不是简单的等于真空能级-费米能级
由于PbS和MoOx表面态不同，所以他们的功函数也不同
导致图中虽然费米能级相同但功函数不同
由此显示出来的就是真空能级不在一个“水平线”上
如果把各自表面态画进去的话，真空能级应该是在一个“水平线”上的
可能由于习惯原因不这么画吧。

以上算是回答问题1和问题2吧，不过因为我自己理解的还不够深，甚至不确定，所以解答的太啰嗦太差，希望有其他人来简洁回答下。

至于问题3，0.63有啥意义，我也不知道……感觉就如上面说的，2个材料表面态不同吧……进一步的，完全不知道了

问题4，我之前回答过，就是杂质/缺陷在禁带内的杂质/缺陷能级，看了你提供的文献，里面说了是MoOx氧空位的能级
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6楼2013-11-15 13:02:41
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xijh

铜虫 (初入文坛)
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穿越千年: 金币+1, 鼓励新虫交流 2013-11-16 08:37:52
进来回答问题
然后发现做不来-_-//

gap states会不会是禁带中的杂质能级啊

还有你这个图来源是哪啊，最好有个前后文

俺也顺便学习学习
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2楼2013-11-13 15:51:56
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伊山小淇

铜虫 (小有名气)
引用回帖:
2楼: Originally posted by xijh at 2013-11-13 15:51:56
进来回答问题
然后发现做不来-_-//

gap states会不会是禁带中的杂质能级啊

还有你这个图来源是哪啊，最好有个前后文

俺也顺便学习学习

图来自于Sargent大神的一篇文章，Gao, J.; Luther, J. M.; Semonin, O. E.; Ellingson, R. J.; Nozik, A. J.; Beard, M. C. Nano Lett. 2011, 11, 1002.
是讲量子点太阳能电池的
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3楼2013-11-13 23:32:20
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xijh

铜虫 (初入文坛)
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引用回帖:
3楼: Originally posted by 伊山小淇 at 2013-11-13 23:32:20
图来自于Sargent大神的一篇文章，Gao, J.; Luther, J. M.; Semonin, O. E.; Ellingson, R. J.; Nozik, A. J.; Beard, M. C. Nano Lett. 2011, 11, 1002.
是讲量子点太阳能电池的...

Quantum Dot Size Dependent J-V Characteristics in Heterojunction
ZnO/PbS Quantum Dot Solar Cells
dx.doi.org/10.1021/nl103814g |Nano Lett. 2011, 11, 1002–1008

是讲量子点 太阳能电池的，但是没看到你的那个图
Supporting Information里也没这个图
-_-//
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4楼2013-11-15 09:51:46
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伊山小淇

铜虫 (小有名气)
引用回帖:
4楼: Originally posted by xijh at 2013-11-15 09:51:46
Quantum Dot Size Dependent J-V Characteristics in Heterojunction
ZnO/PbS Quantum Dot Solar Cells
dx.doi.org/10.1021/nl103814g |Nano Lett. 2011, 11, 1002–1008

是讲量子点 太阳能电池的，但是没看到 ...

弄错了，是这篇Gao, J.; Perkins, C. L.; Luther, J. M.; Hanna, M. C.; Chen, H.-Y.; Semonin, O. E.; Nozik, A. J.; Ellingson, R. J.; Beard, M. C., n-Type Transition Metal Oxide as a Hole Extraction Layer in PbS Quantum Dot Solar Cells. Nano Letters 2011, 11 (8), 3263-3266.
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5楼2013-11-15 11:29:23
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victorsm

新虫 (初入文坛)
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小木虫: 金币+0.5, 给个红包，谢谢回帖
真空能级差0.63eV表示Fermi Level alignment以后的相对位移。
Gap States应该是类似缺陷或掺杂引起的能带。
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8楼2013-11-15 21:57:23
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伊山小淇

铜虫 (小有名气)
谢谢楼上两位！
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9楼2013-11-25 20:05:27
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socool_82

铜虫 (小有名气)
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引用回帖:
7楼: Originally posted by victorsm at 2013-11-15 21:52:56
给你一个简单的解释：
1. 严格意义上讲，真空能级对任何材料都是恒定的。就是当电子处于无限远时的能量，也就是势能为零的情况。
2. 任何两种材料不接触（没有电子转移）时，真空能级都是相同的。这种情况叫做Vac ...

觉得您解释的很好，弱弱的再详细的问一下，“Fermi Level alignment后的真空能级不具备实际意义，只用来表示两种材料能级的相对位移。”，此时两种材料什么能级相对什么的位移？是两种材料费米能级从不同变成相同之后，与原来费米能级之间的相对位移吗？
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你明白，人的一生，既不是人们想象的那么好，也不是那么坏
10楼2014-01-29 16:31:32
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