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  • 1 # 使用者1773633624198

    Ec, Ev, Ef這套系統是用來描述材料內電子系統的能量狀態的。

    Ec是導帶,是這個電子系統中比較高的一種能量狀態,大於等於這個能量狀態的電子脫離了材料中單個原子的束縛,是可以在電場的作用下在材料中移動的。所以叫導帶。Ev是價帶,是這個能量系統中比較低的能量狀態,小於或等於這個能量狀態的電子是被某個原子束縛住的,是形成了價鍵的。所以叫價帶。Ef是費米能級,是這個能量系統中所有電子的平均能量狀態(所有電子能量總和除以電子個數)。

    除了這三個基本概念以外,你還得了解下面幾個事實才能瞭解這三個量之間的關係。1.半導體中,電子穩定的能量狀態只能大於等於Ec或者小於等於Ev,在Ec和Ev之間的能量狀態是不穩定的。2.半導體中,大於等Ec的電子基本上在Ec附近,小於等於Ev的電子基本上在Ev附近。3.半導體中導電機制有兩種。一種是上面提到過的能量在導帶以上的電子,在電場作用下在材料中移動,移動速度快;一種是能量在價帶以下的電子,雖然和原子成鍵了,但是這些電子是可以在電場作用下,在相鄰原子的價鍵之間移動的。大部分原子都是有電子成價鍵的,少數的原子中的電子跑掉了,形成了空位,在電場的作用下,附近原子的電子跑來填充這個空位,這個空位就移動了。所以第二種導電機制就是價帶以下的電子空位在電場作用下移動導電,移動速度較慢。這些空位也叫空穴。

    現在就可以說說Ec, Ev, Ef之間的關係了。沒有摻雜的半導體(本徵半導體),Ef大約在正中心的位置(實際上會略微偏上或者偏下,受材料種類、溫度影響)。當往本徵半導體中摻雜了施主雜質(就是能夠提供電子的雜質),相當於在電子系統中加入了一些能量較高的電子(因為施主能級在Ec附近),所以電子系統的平均能量狀態往Ec方向移動。這種半導體叫n型半導體。

    同理,當往本徵半導體中摻雜了受主雜質(就是能夠容納額外電子的雜質),相當於在電子系統中加入了一些能降低電子能量的陷阱(因為施主能級在Ev附近),所以電子系統的平均能量狀態往Ev方向移動。這種半導體叫p型半導體。

    這三個量之間的關係大概就是上述所說。

    能帶圖描述的是靜態時電子系統的能量

    靜態的意思就是沒有外加電場作用時,系統達到了平衡狀態。

    而平衡狀態時,Ef作為電子系統的平均能量是必須處處相等的,如果有的地方Ef高有的地方Ef低,就說明系統還沒有達到平衡狀態,Ef高的地方電子的平均能量高,能量必然會往Ef低的地方勻,最後達到電子系統的平衡狀態,即Ef處處相等。

    pn結能帶圖是下面這樣的。

    還有p-type和n-type之間的Ef距離大小,對效能有什麼影響?

    如果理解了我上面給你說的,估計你就不會問這個問題了。這個問題不知道你是因為哪裡產生了誤解所以問出來的,我想大家應該都沒看懂你想問啥。

    關於問題和學習方法的建議

    我只能盡我最大的努力把我理解的這個系統的規律和關係描述給你聽,但是其實你最後理解到的和我說得可能還是有誤差。

    如果看不懂專業的書籍,可以看一些專門為了非理工科的人寫的書,這些書裡面沒什麼公式推導,就是非常詳細地描述,有配圖,比我單純地在這裡說容易理解很多。

    推薦黃昆和韓汝琦編寫的《半導體物理基礎》,我覺得這是華語世界最牛的大師寫的最好的入門書籍了。

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