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小木虫论坛-学术科研互动平台 » 专业学科区 » 物理 » 基础物理 » PN结的形成和相关问题
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ravel78

木虫 (正式写手)

[求助] PN结的形成和相关问题

觉得这个版面讨论PN结很深入，也想问各位一个问题。举个大家最熟悉的P型硅和N型硅的例子。
假设它们都是中等掺杂的，为了得到统一的费米能级，电子从N型硅向P型硅扩散，空穴从P型硅
向N型硅扩散。最后的结果是形成PN结。这个PN结的厚度，根据计算公式一般在几个微米这样的数量级。

我的疑问是这样的：
假入需要几个微米才能使空间电荷积累到足够程度拉平费米能级，如果P型半导体和N型半导体本身
非常薄（P型硅和型硅都只有几十纳米的话，但还没有薄到可以隧穿的地步），PN结的厚度小于
总厚度也就非常的薄。是否存在这样一种可能性：PN结中的内建电场不足以拉平两种半导体的费米
能级而使PN结的两边长期处于不平衡的状态？
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1楼2014-07-02 17:23:32
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ravel78

木虫 (正式写手)
还想和metaliium讨论一下：
1、电子一定会从半导体流向金属。一种情况是金属费米能级甚至低于价带顶，那就和少子无关了，半导体里的价带电子也能跑去金属。

我觉得多子或是少子都应该是能自由移动的载流子，价带顶以下虽然大多被电子填满，但应该不都是能自由移动的电子。所以，价带顶以下的电子不一定能进入金属。


2、如果金属费米面在禁带中间，但我又仔细想了想，自然情况下，少子/电子应该永远都足够多，无论材料多薄。为什么少子/电子永远都够呢，因为不管少子/电子浓度有多低，高于界面另一边材料费米面的都会跑过去，最后剩下的都是低于费米面的电子。材料厚薄无非是改变了界面两边材料费米面分别改变的比值。一边如果相对另一边无穷薄，那么厚的费米面完全不受影响，全由薄的降低。如果两边相当，那就是一边费米面降一边费米面升。。。但结果都是费米面拉平。

我觉得还是第一个问题里提到的，少子首先应该是能自由移动的电子（在前面假设的条件和我的理解之下）。在假设条件下，电子从半导体流向金属，如果自由电子（少子）浓度不够，费米能级应该无法拉平。极限情况就是绝缘体，根本没有电子流向金属（即便二者存在费米能的差别），二者费米能保持不变，能带也不发生弯曲。我不确定的是金属里到底有没有自由移动的空穴，如果有，金属的空穴会向半导体移动使费米能拉平。

说老实话，一直觉得空穴这种东西象是人为弄出来的。有自由电子不就等于有自由空穴？因为根据空穴的定义，自由电子离开留下空穴。自由电子的移动不就同时伴随着空穴的反向移动？
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6楼2014-07-04 01:09:23
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cf1022108

铜虫 (小有名气)

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★ ★ ★ ★ ★
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ravel78: 金币+5, 如果绝缘体和金属接触，处于不平衡状态，费米能级会拉平吗？我的答案是不会 2014-07-03 14:38:10
这是不可能的，首先如果处于一种不平衡的状态，那么一定会有电流，也就是在不加外电场下就有电流，这是不可能。

[ 发自小木虫客户端 ]
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为推动人类社会的发展而努力奋斗
2楼2014-07-02 21:38:55
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metaliium

银虫 (正式写手)

【答案】应助回帖

★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★
感谢参与，应助指数 +1
ravel78: 金币+10, ★有帮助, 有文献支持或者书籍支持上述结论吗？ 2014-07-03 14:39:22
当然可能了，就是一边的载流子全到另一边去了，然后就没有自由载流子了
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3楼2014-07-03 04:11:51
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ravel78

木虫 (正式写手)
引用回帖:
3楼: Originally posted by metaliium at 2014-07-03 04:11:51
当然可能了，就是一边的载流子全到另一边去了，然后就没有自由载流子了

我再说几个论述，有错误的地方恳请大家指正。最好能给出相关参考文献或者书籍。
1. 高掺杂的P型半导体，空穴是多子，电子是少子。如果遇到一个功函非常高的金属，以至金属的费米能级在P型半导体费米能级之下。
不考虑厚度问题，这两个体系能否平衡？这个时候电子显然要从半导体跑到金属，但是作为少子自由电子的浓度是很低。在某些
极限情况下，是否可能导致金属和半导体体系无法平衡？
2. 金属和完美绝缘体相接触，由于绝缘体没有自由移动载流子，两个体系费米能级不会拉平.

3. 在很多表述中，金属被描述成富于电子的水池。还有一些表述说金属中没有空穴。假如金属中没有空穴
在发光二极管和太阳能电池中，阳极金属又是如何注入空穴和收集空穴的呢？说不通啊
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4楼2014-07-03 14:49:47
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