2022-2023學年高二物理競賽課件：能帶圖和修正歐姆定律

能帶圖和修正歐姆定律能帶圖和修正歐姆定律

分析P－N結(jié)的單向?qū)щ娦裕?/p>

正偏壓V使得PN結(jié)N型中性區(qū)的費米能級相對于P型中性區(qū)的升高qV。在P型中性區(qū)＝在空間電荷區(qū)由于n、p<<ni，可以認為費米能級不變即等于。在N型中性區(qū)＝。同樣，在空間電荷區(qū)由于n、p<<ni，可認為費米能級不變即等于于是從空間電荷區(qū)兩側(cè)開始分別有一個費米能級從逐漸升高到的區(qū)域，這就是P側(cè)的電子擴散區(qū)和N側(cè)的空穴擴散區(qū)（以上分析就是畫能帶圖的根據(jù)）。在電子擴散區(qū)和空穴擴散區(qū)，由于不等于常數(shù)即根據(jù)修正歐姆定律必有電流產(chǎn)生，由于，電流沿x軸正方向，即為正向電流。又由于在空間電荷區(qū)邊界注入的非平衡少子濃度很大，因此在空間電荷區(qū)邊界電流密度也很大〔J＝)離開空間電荷區(qū)邊界隨著距離的增加注入的非平衡少子濃度越來越?。╡指數(shù)減少），電流密度也越來越小。反偏壓-VR使得PN結(jié)N型中性區(qū)的費米能級相對于P型中性區(qū)的降低qVR。在擴散區(qū)費米能級的梯度小于零，因此會有反向電流產(chǎn)生。由于空間電荷區(qū)電場的抽取作用，在擴散區(qū)載流子很低，很小，因此隨有很大的費米能級梯度電流卻很小且趨于飽和。根據(jù)載流子擴散與漂移的觀點分析結(jié)的單向?qū)щ娦裕赫珘篤使空間電荷區(qū)內(nèi)建電勢差由下降到－V打破了PN結(jié)的熱平衡，使載流子的擴散運動占優(yōu)勢即造成少子的正向注入且電流很大。反偏壓使空間電荷區(qū)內(nèi)建電勢差由上升到＋VR同樣打破了PN結(jié)的熱平衡，使載流子的漂移運動占優(yōu)勢這種漂移是N區(qū)少子空穴向P區(qū)和P區(qū)少子電子向N區(qū)的漂移，因此電流是反向的。由于少子數(shù)量很小因此電流很小且呈飽和狀態(tài)。PN結(jié)空間電荷區(qū)內(nèi)建電勢差解：方法1：設型的中性區(qū)的電勢為由得

類似地，得到P型中性區(qū)的電勢為因而，在N型一邊與P型一邊中性區(qū)之間的電位差為方法2：凈電子電流為

處于熱平衡時，In＝0。又因為，所以

又因為（愛因斯坦關系），所以從作積分，則導出加偏壓V的PN結(jié)空間電荷區(qū)邊緣非平衡少子濃度值。解：方法1、由自建電勢的表示式

有：

（1）與此類似，可以得到（2）由于加上偏壓V,結(jié)電勢變成因此，（1）式被修改為式中和分別為在N側(cè)和P側(cè)空間電荷層邊緣的電子濃度。對于低水平注入，N側(cè)的注入電子濃度與相比是很小的，因此我們可以假設，把這一條件和（1）式代入（3）式，得到（4）式和（5）式分別為書中（2-29）和（2-30）式它們確定了空間電荷層邊緣的少數(shù)載流子濃度。（3）（4）類似地，可有（5）方法2、：在處

(此為一般結(jié)果)

小注入：，此即書中（2-30）

大注入：

且

所以或

推導公式（2-37）：解：

(2),(3)分別代入