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伏忠坤

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[交流] 质疑pn结形成原理（完整版）

一般来讲，p硅和n硅在接触前，多子不同，费米能级不同。p硅多子为空穴，n硅多子为电子。P硅费米能级在禁带中靠近价带顶，n硅费米能级在禁带中靠近导带底。Efp=/=Efn（=/= 不等于）。P硅n硅接触后，扩散开始进行，漂移如影随形，内建电场形成，Efp=Efn！
  如果这样解释是正确的，那么：
  假设p硅（长条形）两端分别和n硅（长条形）两端接触，则形成两个具有整流效应pn结。
  现在的问题是;如果其中一对端面先接触，形成pn结，pn两边费米能级拉平，Efp=Efn！
此时将另一端接触，记住，接触时费米能级已经拉平了，即后接触的端面会不会再有扩散和漂移？应该不应该形成pn结？就算后接触的端面因载流子浓差产生扩散，要形成pn结，那么在这一过程中，对已经拉平的费米能级又会产生什么样的影响？亦或是不再影响？我们不可能这样讲“pn结形成过程是否影响Efp和Efn，要看与之相关的回路中，这个结是先接触还是后接触”吧！
  下面（a）（b）（c）三幅图再熟悉不过了，就是解释pn结形成原理的最经典的三幅图。细心的朋友看一下，第一幅有一条代表真空自由电子能级的线，第三幅图就没有了，为什么呢？不至于p硅n硅一接触，就容不下这一条参考线了吧？

如果在下图（c）中把真空自由电子能级画上去，该怎么画呢？是如（d）图呢还是如（e）图？

如果（d）图是正确的，那就表明p硅  n硅接触可以改变价带顶(导带底)到真空自由电子能级的值，有幸的是，这个值因材料确定而确定，是材料的属性之一，接触不接触，它都那样。
  如果如（e）图，则表明pn结形成后热平衡时，Efp=/=Efn！！
  再来谈谈热平衡：pn结形成后，热平衡时，I扩散=I漂移=/=0，既然扩散电流不等于0，那么扩散电流是怎么来的呢，不正是Efp=/=Efn导致的吗？！！教材上既要说I扩散=I漂移=/=0，又要说Efp=Efn，不是自己打自己嘴巴，又会是什么？！
所以，热平衡状态I扩散=I漂移=/=0，是Efp=/=Efn的最好证明！！！

综上所述：正确的说法是，热平衡时，费米能级拉平这一说法是想当然，是错误的。费米能级在空间电荷区域内是渐变的！！在空间电荷区外几乎不变！！如图（作图水平不足，能交流即可）

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1楼 2014-04-12 21:09:03

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伏忠坤

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引用回帖:

24楼: Originally posted by gege43 at 2014-04-13 22:40:47
你理解的是正确的费米能级在空间电荷区渐变，在此之外保持基本不变，但图画错了
两个材料接触时，界面电子达到热平衡，此时费米能级对齐，而真空能级由于电子转移出现界面偶极，发生移动，图e基本正确但不是太 ...

谢谢指点，如果这样理解是正确的，那么教材上何来热平衡时，费米能级处处相等这一说法？这是我的不解之处