伏忠坤

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[交流] 質(zhì)疑pn結(jié)形成原理（完整版）

一般來講，p硅和n硅在接觸前，多子不同，費(fèi)米能級(jí)不同。p硅多子為空穴，n硅多子為電子。P硅費(fèi)米能級(jí)在禁帶中靠近價(jià)帶頂，n硅費(fèi)米能級(jí)在禁帶中靠近導(dǎo)帶底。Efp=/=Efn（=/= 不等于）。P硅n硅接觸后，擴(kuò)散開始進(jìn)行，漂移如影隨形，內(nèi)建電場形成，Efp=Efn！
  如果這樣解釋是正確的，那么：
  假設(shè)p硅（長條形）兩端分別和n硅（長條形）兩端接觸，則形成兩個(gè)具有整流效應(yīng)pn結(jié)。
  現(xiàn)在的問題是;如果其中一對端面先接觸，形成pn結(jié)，pn兩邊費(fèi)米能級(jí)拉平，Efp=Efn！
此時(shí)將另一端接觸，記住，接觸時(shí)費(fèi)米能級(jí)已經(jīng)拉平了，即后接觸的端面會(huì)不會(huì)再有擴(kuò)散和漂移？應(yīng)該不應(yīng)該形成pn結(jié)？就算后接觸的端面因載流子濃差產(chǎn)生擴(kuò)散，要形成pn結(jié)，那么在這一過程中，對已經(jīng)拉平的費(fèi)米能級(jí)又會(huì)產(chǎn)生什么樣的影響？亦或是不再影響？我們不可能這樣講“pn結(jié)形成過程是否影響Efp和Efn，要看與之相關(guān)的回路中，這個(gè)結(jié)是先接觸還是后接觸”吧！
  下面（a）（b）（c）三幅圖再熟悉不過了，就是解釋pn結(jié)形成原理的最經(jīng)典的三幅圖。細(xì)心的朋友看一下，第一幅有一條代表真空自由電子能級(jí)的線，第三幅圖就沒有了，為什么呢？不至于p硅n硅一接觸，就容不下這一條參考線了吧？

如果在下圖（c）中把真空自由電子能級(jí)畫上去，該怎么畫呢？是如（d）圖呢還是如（e）圖？

如果（d）圖是正確的，那就表明p硅  n硅接觸可以改變價(jià)帶頂(導(dǎo)帶底)到真空自由電子能級(jí)的值，有幸的是，這個(gè)值因材料確定而確定，是材料的屬性之一，接觸不接觸，它都那樣。
  如果如（e）圖，則表明pn結(jié)形成后熱平衡時(shí)，Efp=/=Efn��！
  再來談?wù)劅崞胶猓簆n結(jié)形成后，熱平衡時(shí)，I擴(kuò)散=I漂移=/=0，既然擴(kuò)散電流不等于0，那么擴(kuò)散電流是怎么來的呢，不正是Efp=/=Efn導(dǎo)致的嗎？�。〗滩纳霞纫fI擴(kuò)散=I漂移=/=0，又要說Efp=Efn，不是自己打自己嘴巴，又會(huì)是什么？！
所以，熱平衡狀態(tài)I擴(kuò)散=I漂移=/=0，是Efp=/=Efn的最好證明�。�！

綜上所述：正確的說法是，熱平衡時(shí)，費(fèi)米能級(jí)拉平這一說法是想當(dāng)然，是錯(cuò)誤的。費(fèi)米能級(jí)在空間電荷區(qū)域內(nèi)是漸變的！！在空間電荷區(qū)外幾乎不變！！如圖（作圖水平不足，能交流即可）

敬請朋友們指正

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1樓 2014-04-12 21:09:03

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mlanqiang

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22樓2014-04-13 01:31:23

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gege43

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你理解的是正確的費(fèi)米能級(jí)在空間電荷區(qū)漸變，在此之外保持基本不變，但圖畫錯(cuò)了
兩個(gè)材料接觸時(shí)，界面電子達(dá)到熱平衡，此時(shí)費(fèi)米能級(jí)對齊，而真空能級(jí)由于電子轉(zhuǎn)移出現(xiàn)界面偶極，發(fā)生移動(dòng)，圖e基本正確但不是太準(zhǔn)確

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24樓2014-04-13 22:40:47

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伏忠坤

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24樓: Originally posted by gege43 at 2014-04-13 22:40:47
你理解的是正確的費(fèi)米能級(jí)在空間電荷區(qū)漸變，在此之外保持基本不變，但圖畫錯(cuò)了
兩個(gè)材料接觸時(shí)，界面電子達(dá)到熱平衡，此時(shí)費(fèi)米能級(jí)對齊，而真空能級(jí)由于電子轉(zhuǎn)移出現(xiàn)界面偶極，發(fā)生移動(dòng)，圖e基本正確但不是太 ...

謝謝指點(diǎn)，如果這樣理解是正確的，那么教材上何來熱平衡時(shí)，費(fèi)米能級(jí)處處相等這一說法？這是我的不解之處

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25樓2014-04-14 09:27:41

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gege43

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25樓: Originally posted by 伏忠坤 at 2014-04-14 05:27:41
謝謝指點(diǎn)，如果這樣理解是正確的，那么教材上何來熱平衡時(shí)，費(fèi)米能級(jí)處處相等這一說法？這是我的不解之處

...

熱平衡時(shí)，界面電子轉(zhuǎn)移達(dá)到平衡，電子占據(jù)狀態(tài)可參考費(fèi)米迪拉克分布，此時(shí)界面費(fèi)米能級(jí)對齊（處處相等），但是功函數(shù)卻不相同，這會(huì)導(dǎo)致真空能級(jí)不會(huì)對齊，就像圖e描述一樣

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26樓2014-04-14 14:40:47

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kiss200855372樓

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cxjzly20083樓

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