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[交流] 【讨论】能带弯曲

希望各位虫友能讨论一下半导体异质结能带弯曲的问题，能带在什么情况下会发生弯曲？会出现何种弯曲？弯曲的幅度有没有定量的标准或测量方法？

[ Last edited by lvzhu2007 on 2008-4-5 at 10:01 ]

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1楼 2008-04-05 08:45:13

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元小雪

木虫 (职业作家)

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lvzhu2007(金币+3,VIP+0):感谢交流，欢迎常来物理版 :-)

这个问题相当有意思!!因为这是做太阳能电池的基础.刚学了些硅太阳能的知识,交流一下我知道的,请高手提些意见!
能带弯曲产生主要原因是半导体的载流子的热运动造成空间电偶层，形成内电场.
同质结可用一块半导体经掺杂形成P区和N区。由于杂质的激活能量ΔE很小，在室温下杂质差不多都电离成受主离子和施主离子.在PN区交界面处因存在载流子的浓度差，故彼此要向对方扩散。设想在结形成的一瞬间，在N区的电子为多子，在P区的电子为少子，使电子由N区流入P区，电子与空穴相遇又要发生复合，这样在原来是N区的结面附近电子变得很少，剩下未经中和的施主离子ND+形成正的空间电荷。同样，空穴由P区扩散到N区后，由不能运动的受主离子NA-形成负的空间电荷。在P区与N区界面两侧产生不能移动的离子区,于是出现空间电偶层，形成内电场,此电场对两区多子的扩散有抵制作用，而对少子的漂移有帮助作用，直到扩散流等于漂移流时达到平衡，在界面两侧建立起稳定的内建电场。
在热平衡条件下，结区有统一的EF；在远离结区的部位，EC、EF、Eν之间的关系与结形成前状态相同。
一般情况下，N型、P型半导体单独存在时，EFN与EFP有一定差值。当N型与P型两者紧密接触时，电子要从费米能级高的一方向费米能级低的一方流动，空穴流动的方向相反。同时产生内建电场，内建电场方向为从N区指向P区。在内建电场作用下，EFN将连同整个N区能带一起下移，EFP将连同整个P区能带一起上移，直至将费米能级拉平为EFN=EFP，载流子停止流动为止。在结区这时导带与价带则发生相应的弯曲，形成势垒。势垒高度等于N型、P型半导体单独存在时费米能级之差.这样能带就弯曲了,这是无法避免的,其实从某种角度来说,太阳能电池正是得益于这种弯曲呢

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无聊的博士

2楼2008-04-05 10:16:57

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forever

木虫 (正式写手)

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zt970831(金币+5,VIP+0):谢谢您的热心答复：）

能带弯曲的主要原因是两个接触的半导体，其费米能级差不为零，
由于接触后，费米能级要在最终相等，所以高的费米能级下降低的上升，造成了能带弯曲，能带弯曲量，即内建电场范围由掺杂浓度决定，掺杂浓度大的一侧弯曲量小，小的一侧大。
弯曲量的大小可以由计算得出，你可以参考西安电子科大许长存老师的《半导体光电子技术》，或者其它方面的书籍，一般这方面的书都应该有的。
当掺杂浓度量相差两个数量级以上（两边空间电荷区宽度之比即两边掺杂浓度的反比），空间电荷区可认为只在低掺杂的一侧。宽度为
W＝(2εVD/eNa)1/2,其中，ε为低掺杂一侧半导体的介电常数，
VD =(Ef1-Ef2)/e, (Ef1-Ef2)为费米能级之差，
Na为低掺杂一侧的掺杂浓度，e为一个电子的带电量。
如果具体计算，就可以找相关的书籍了，一般的半导体书都应该有的

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9楼2008-04-15 15:11:12

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