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小木虫论坛-学术科研互动平台 » 专业学科区 » 物理 » 凝聚态物理 » PN结能带图
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fdqfei

银虫 (小有名气)

[求助] PN结能带图 已有2人参与

小弟最近做异质结构，在看半导体物理的时候，知道PN型半导体接触后会有空间电荷区，在空间电荷区会发生能带弯曲，远离界面处能带还保持平的。现在的问题是书上的情况是两侧半导体材料的厚度大于空间电荷区厚度，而我做的薄膜大约20-30纳米，也就是说当薄膜厚度小于空间电荷区的时候，能带是什么样的？希望有大神能不吝赐教，或者有什么书籍的给推荐一下，谢谢！
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1楼 2015-07-01 08:26:37
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alienpig

木虫 (正式写手)

【答案】应助回帖

感谢参与，应助指数 +1
如果薄膜很薄，能带结构应该还需要考虑表面态的影响吧,也就是表面的费米能级可能也需要考虑。科学出版社有一本《半导体异质结物理》你可找来看看。
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2楼2015-07-01 16:15:36
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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
如果薄膜比需要建立的空间电荷层薄，那么就无法建立起足够的电势拉平最远端的费米面。因而整个薄膜都有电荷积累，强迫最远端的费米面和界面另一边的材料（远端的）费米面拉平
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3楼2015-07-02 02:01:53
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fdqfei

银虫 (小有名气)
引用回帖:
3楼: Originally posted by metaliium at 2015-07-02 02:01:53
如果薄膜比需要建立的空间电荷层薄，那么就无法建立起足够的电势拉平最远端的费米面。因而整个薄膜都有电荷积累，强迫最远端的费米面和界面另一边的材料（远端的）费米面拉平

不好意思啊，最后一句我不是很理解，既然“无法建立起足够的电势拉平最远端的费米面”，那怎么又“强迫最远端的费米面和界面另一边的材料（远端的）费米面拉平”呢？
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4楼2015-07-08 15:31:02
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metaliium

银虫 (正式写手)

【答案】应助回帖

引用回帖:
4楼: Originally posted by fdqfei at 2015-07-08 15:31:02
不好意思啊，最后一句我不是很理解，既然“无法建立起足够的电势拉平最远端的费米面”，那怎么又“强迫最远端的费米面和界面另一边的材料（远端的）费米面拉平”呢？...

拉平费米面有两种方法，一种是建立电势差抬高和降低两边的费米面使得他们拉平。另一种是改变能带填充来拉平费米面，也就改变了自由电子浓度，就是掺杂了。。。

前者电中性，后者产生电性

在通常的两个大块材料的接触面上，总会有薄薄的一层电荷积累，在这层内部，能带填充，不管明显还是不明显，肯定是有改变，因此才带了电荷。而在这层外，光靠电势就能把费米面拉平，因此不再需要电荷流动，处处电中性。

如果整个薄膜比空间电荷层薄，那只能等所有能流动的电子都流完为止，整个薄膜肯定都得带上电荷了。
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5楼2015-07-09 01:54:52
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fdqfei

银虫 (小有名气)
引用回帖:
5楼: Originally posted by metaliium at 2015-07-09 01:54:52
拉平费米面有两种方法，一种是建立电势差抬高和降低两边的费米面使得他们拉平。另一种是改变能带填充来拉平费米面，也就改变了自由电子浓度，就是掺杂了。。。

前者电中性，后者产生电性

在通常的两个大块材 ...

这么说对于薄膜，应该是属于第二种了是吗？还有既然薄膜整体带电了，那接触时，具体能带应该怎么画呢？还有这些知识在什么教材上能看到呢？谢谢！
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6楼2015-07-09 09:02:03
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metaliium

银虫 (正式写手)

【答案】应助回帖

★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★
fdqfei(华丽的飘过代发): 金币+10, 楼主夸您迅速，准确 2015-07-11 05:34:23
fdqfei: 金币+10, ★★★很有帮助 2015-07-18 22:19:29
引用回帖:
6楼: Originally posted by fdqfei at 2015-07-09 09:02:03
这么说对于薄膜，应该是属于第二种了是吗？还有既然薄膜整体带电了，那接触时，具体能带应该怎么画呢？还有这些知识在什么教材上能看到呢？谢谢！...

这是你假设的情况，实际上几乎不考虑薄膜薄于空间电荷层的情况。。。我想这种情况主要在比方说单分子的结构或者单/几层graphene/layered material的时候会出现。。。

如果要画能带图，就是在接触面上能带弯曲，电荷积累在弯曲的部分（因为费米面总是平的）。和通常不同的是费米面位置和不接触的时候有平移，薄膜的另一端能带弯曲也还没有结束，没有能回到原先的费米面。

我跟你说的这些物理图像，真不是看哪本教材能掌握的，我不知道看了多少本书和文献才比较完整的搞明白的。这方面著名的书你去搜Supriyo Datta，网上有一大堆下载；固体物理的理解也很重要，去看anshcroft的。中文的书最好不要看，就算是黄昆那本固体物理也是太多地方一带而过不清不楚。不过作为手册能快速帮你想起物理图像，还是好的，不适合初学、但对已经懂的人来说是很有用的书。
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7楼2015-07-10 02:44:35
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fdqfei

银虫 (小有名气)
引用回帖:
7楼: Originally posted by metaliium at 2015-07-10 02:44:35
这是你假设的情况，实际上几乎不考虑薄膜薄于空间电荷层的情况。。。我想这种情况主要在比方说单分子的结构或者单/几层graphene/layered material的时候会出现。。。

如果要画能带图，就是在接触面上能带弯曲， ...

谢谢
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8楼2015-07-10 16:09:45
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何章HZ

新虫 (初入文坛)
这种情况挺常见的，很多时候一边掺杂极低，以至于空间电荷区超级大，远超过这一侧厚度。这种情况下，就要把这一侧后面的材料也要考虑进来来画能带图，后面的材料特性不同 n型 p型 金属与否等，对结果影响很大。如果后面没有材料了，就要考虑你这个材料的表面态密度，费米能级移动会使得这里积累电荷，直到和另一侧电荷平衡成电中性，能带就固定在那里。
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9楼2015-09-22 16:41:01
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fdqfei

银虫 (小有名气)
引用回帖:
9楼: Originally posted by 何章HZ at 2015-09-22 16:41:01
这种情况挺常见的，很多时候一边掺杂极低，以至于空间电荷区超级大，远超过这一侧厚度。这种情况下，就要把这一侧后面的材料也要考虑进来来画能带图，后面的材料特性不同 n型 p型 金属与否等，对结果影响很大。如果 ...

也就是说，这一侧的能带最后不一定是平的
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10楼2015-09-22 20:34:50
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