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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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metaliium

银虫 (正式写手)

【答案】应助回帖

★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★
ravel78: 金币+5, ★有帮助, 谢谢讨论 2014-07-04 10:55:01
leongoall: 金币+10, 追加奖励！ 2014-10-11 20:11:35
引用回帖:
6楼: Originally posted by ravel78 at 2014-07-04 01:09:23
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 ...

1、价带以下的电子能流动，所有的电子都能流动，就看你给不给足够的能量。。。只要你给了足够的能量，原子内层电子都能流出来。。。
通常不太有这么极端的情况，让价带的电子高于另一个材料的费米面，所以才让你觉得价带电子不能流动。。。其实如果你去gate材料，完全可以让价带的电子动起来

2、费米面改变有两个原因：1、电子数改变。2、电势能改变。前者能带结构不变，没有能带弯曲；后者有能带弯曲，比方说MOS结、二维电子气等等

作为两个足够大的材料接触，电子足够多，因此费米面拉平的时候同时有电子数/浓度改变和电子数/浓度改变引起的反向电势场建立两种效应。因此有能带弯曲并最后拉平费米面。而电势场建立根据简单的电磁学知识我们知道主要是靠净电荷数（高斯），因此在固定电子浓度的材料中必须有一定厚度来提供足够的电荷，也就是耗尽层。而在你之前讨论的两个问题中，因为你假设一端材料足够薄，也就是没有足够的自由载流子（电子），因此建立不起足够大的反向电场，此时费米面拉平完全靠薄的一端的自由电子流去厚的一端，直到流完。因此没有足够的能带弯曲，极端的情况下甚至可以完全没有能带弯曲。但费米面仍然拉平了。。。所以你提到有机半导体的例子实际上是从能带弯曲的角度说的，并不是说费米面没拉平

3、空穴这东西，看上去像是一个人为弄出来的等效的概念，实际上没有那么单纯。我目前还没有足够的能力完全搞明白。希望以后有机会和能力来讨论这个话题
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7楼2014-07-04 01:34:19
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cf1022108

铜虫 (小有名气)

【答案】应助回帖

★ ★ ★ ★ ★
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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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