电场对半导体Fermi能级的影响.doc

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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流电场对半导体Fermi能级的影响.精品文档.电场对半导体Fermi能级的影响 2010-07-08 11:09:12| 分类： 微电子物理 | 标签： |字号大中小 订阅 （Fermi能级与准Fermi能级的区别怎样？在什么情况下Fermi能级会发生变化？在什么情况下Fermi能级不发生变化？） 半导体中的电场可以是内建电场，也可以是外加电场。这些电场将要使其中载流子的势能分布发生变化，并从而影响到半导体的Fermi能级。（1）外加电场的影响：见图（a），当n型半导体上加有外电场时，多数载流子电子即从负电极端流向正电极端，并 在外电路产生电流

2、；这种作用在能带图上就表示为能带的倾斜。因为导带底可以认为是电子的电势能，在负电极端的势能高，在正电极端的势能低，从而外电场即使 得能带图发生倾斜；能带倾斜的程度即决定于外加电场的大小（电场的大小就等于势能的梯度）。注意：有外电场作用时，半导体的Fermi能级也将随着导带底的变化而发生相应的倾斜，因为这时外电场已经打破了半导体的热平衡状态，即半导体是处于非平衡状态，则整个半导体中不可能存在统一的Fermi能级（严格说来，这时Fermi能级的概念已经失去了意义）；只可以分别有电子的、和空穴的“准Fermi能级”（图（a）中示出的是电子的准Fermi能级），这些准Fermi能级的位置（与导带底的距

3、离）即反映了载流子浓度的高低状况。这时电子的准Fermi能级与导带底的距离始终不变，即表明半导体中电子浓度的仍然保持为均匀的外电场并不改变载流子浓度的分布。若在半导体的两端加有电压V，则电子的、或者空穴的准Fermi能级在两端的差别即为qV。可见，电压越高，半导体中的电场越强，则能带和Fermi能级的倾斜也就越大。（2）内建电场的影响：内建电场是半导体处于热平衡状态时，在内部因为载流子浓度分布不均匀所自动产生出来的一种电场。这种载流子浓度分布的不均匀性可以是掺杂不均匀所引起的，也可以是辐照不均匀等所引起的。例如，若在n型半导体中的施主原子浓度不均匀（左端高、右端低），如图（b）所示，那么在半

4、导体内部就会自动产生出一个阻挡多数载流子扩散的内建电场，以维持整个半导体内部的平衡。内建电场以及相应的内建电压，都是半导体处于热平衡状态时内部出 现的一种现象，它们并不能呈现于外表（若用一根导线把半导体的两端连接起来，并不产生电流）。可见，半导体中存在电场时，并不一定就是非平衡半导体，即热 平衡半导体中也可以出现电场和空间电荷。内建电场有驱赶载流子的作用。因此，在图（b）所示的情况中，左端电子浓度大、右端电子浓度小，在中间区域基本上就没有了载流子载流子被耗尽了，这时的内建电场区域就称为耗尽层，这是一种近似的看法，即称为耗尽层近似。这时虽然能带倾斜，但由于Fermi能级不变，所以Fermi能级与导带底的距离，在左、右两边的不同左边小、右边大，这也说明了电子浓度在左边高、右边低；正是由于这种电子浓度的不均匀，才造成了内建电场。 pn结在热平衡时，其中空间电荷区中的Fermi能级和内建电场也就是这里所说的情况。