半导体器件物理【20】PN结 —— 费米能级与电流关系、接触电势差

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分类专栏： semiconductor 文章标签： 概率论 线性代数 矩阵
于 2021-12-21 02:27:59 首次发布
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本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/weixin_41374099/article/details/122053830
本文深入探讨了PN结的能带结构、费米能级与电流的关系以及接触电势差。在平衡态时，内建电场导致能带弯曲，形成势垒区。通过电子和空穴的扩散及漂移电流，阐述了费米能级如何影响电流密度。同时，解析了接触电势差的计算公式，并指出其受掺杂浓度、温度和禁带宽度等因素的影响。

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半导体物理基础：半导体能带理论_13.半导体中的费米能级与载流子浓度
2401_87715305的博客
07-09 986
费米能级（Fermi Level, EFE_FEF​）是固体物理学中一个非常重要的概念，特别是在半导体物理学中。它是指在绝对零度时，电子占据的最高能级。在非零温度下，费米能级附近的能态被电子部分占据或空出。费米能级的位置决定了材料的导电性质，是理解半导体行为的关键。费米-狄拉克分布函数描述了电子在不同能级上的分布情况。该函数可以表示为：f(E)=11+e(E−EF)/kBT f(E) = \frac{1}{1 + e^{(E - E_F)/k_B T}} f(E)=1+e(E−EF​)/kB​T1​其中：费
【学习记录】半导体物理与器件
wdjkdbndxdhw的博客
10-06 2059
基于Neaman的《半导体物理与器件》，总结了pn结、pn结二极管、金属-半导体结、半导体异质结、MOSFET、BJT、JFET、半导体光器件的结构、原理、特性等内容。基本覆盖了整本书比较重要的部分，但是忽略了所有的公式推导部分。
玻尔兹曼关系推导_PN 结的费米能级与玻尔兹曼分布规律表述
weixin_39569051的博客
01-08 2822
想必大家都知道二极管具有单向导电性，其伏安特性如图 1 所示，其核心是 PN 结，也就是说二极管的单向导电性是源自 PN 结的单向导电性质。这一篇文章将从费米能级角度与玻尔兹曼分布规律解释下 PN 结势垒的形成以及其两端加正向和反向电压的内部特性变化。一、杂质半导体中的施主和受主首先挖下第一个坑，半导体的能带结构，以后有时间再说。这里直接介绍下杂质半导体中施主和受主两种杂质态（以后有机会再说一下经...
半导体器件基础01：关于PN结的那些事（3）
WKEZHENG的博客
02-04 3930
这是我所看到对半导体PN原理最深入的原理解释，能够解释我对PN半导体以及PN结的绝大多数疑问（没理解的，是自己还不够深入）。通过这三层的分析，我相信对我们理解一般的二极管、三极管、MOS管、IGBT等工作原理是足够了，同时也可以对各器件的不同参数现象和原理做出解释，从而能更好的判断不同器件在不同条件下的表现。 ps：普朗克提出了能量量子化的概念，这在当年有着划时代的意义，连普朗克自己也犹豫了，没有勇气掀翻压在他头上的两座大山：牛顿力学和麦克斯韦电磁理论。（现在看来的理所当然，当年绝不是普通人的认知和勇气所
半导体 pn 结的原理讨论集
weixin_42361467的博客
06-12 7800
PN结是半导体器件的基石，所有半导体器件复杂的特性，都可以基于PN结推导出来。说实话，关于PN结本章内容只描述了其皮毛，有非常多的理论计算和推导已被我省略，不是故意省略，而是我的确没看懂，哈哈。有兴趣的同学们可以学习《半导体材料》相关书籍。理解PN结的正向导通，反向截止，反向击穿等特性原理；理解载流子导电的行为模型；理解由于PN结特性导致的器件参数的真正意义。本章部分相关内容和图片参考自：唐纳德.A.尼曼-《半导体物理与器件》；知乎-木旦文《二极管5：PN结原理漫谈以及其它网络相关技术分享文章。
半导体 pn 结的原理
DanielZql的博客
10-15 1万+
请先看这个回答，理解一下什么是能带和载流子，半导体的导电性是怎么来的。 导带、价带、禁带、允带都是什么逻辑关系？ - 知乎 然后再解释PN结。 首先假设我们有一块同一种单晶硅制成的P型半导体和N型半导体，他们的导带和禁带能级是一样的，唯一的区别是掺杂能级的位置：   由于掺杂能级的不同，P型半导体和N型半导体具有不同的电子分布和费米能级。纯粹的P型半导体，费米能级位于价带与掺杂能级之...
半导体物理 第八章 p-n结
最新发布
Qing_XN的博客
03-24 1592
大注入时，（少子浓度可以与多子浓度相比，少子吸引多子，而多子也要顺着少子扩散的方向扩散，于是破坏了电中性条件，产生了一个内建电场，这个电场正好抵消了多子的扩散电流，但这个内建电场会使少子的运动加速，于是有一部分正向电压降落在了少子扩散区，因此等效电压分配会小，电流增大变慢），m=2。对空穴来说，在p区是漂移电流，到n区后成为少子，变成扩散电流并慢慢减小（与电子复合，电子漂移电流增加，因为空穴减少复合率低）。载流子浓度梯度，导致扩散，破坏电中性，产生自建电场，从而产生漂移电流，达成动态平衡，最终是净零电流。
半导体物理和器件：Lecture XVI pn结(1).pdf
09-19
在半导体物理和器件领域中，pn结是非常重要的基本结构，它是由p型半导体和n型半导体通过接触形成的，是许多半导体器件如二极管、晶体管等的核心组成部分。Lecture XVI讨论的就是关于pn结的相关物理原理和特性。 ...
半导体器件物理：半导体器件物理重要知识点.ppt
06-17
- 费米能级和载流子漂移扩散理论解释了PN结的形成，加偏压时能带图的变化决定了电流的方向。 - Shockley公式描述了二极管的I-V特性，正向偏置时的复合电流和反向偏置时的产生电流。 - 隧道二极管通过量子力学的...
半导体物理——PN结
wss1355的博客
02-09 3989
当P型半导体和N型半导体接触，N区费米能级高于P区费米能级，电子从N区导带流向P区导带，流过来的电子由于能量下降，很快与价带上的空穴复合，同时P区能带上移，N区能带下降，当两者的费米能级达到同一水平时，N区和P区之间形成势垒，势垒区内存在内建电场，N区电子由于能量不足以跨过势垒，停止移动。施加正向电压后，产生的外电场与内建电场方向相反，两者在空间电荷区叠加产生合电场，若外电场小于内建电场，势垒降低，N区导带电子得到外电场的能量，跨过势垒进入P区导带，N区价带的电子也得到能量跨过势垒；
p-n结原理1：p-n结的形成和能带
world_hello_100的专栏
10-31 1万+
p-n结原理1：p-n结的形成和能带   2012-05-22 11:52:31|  分类：微电子器件 |  标签：半导体  pn结  晶体管  势垒  能带  |字号大中小 订阅 Xie Meng-xian.  (电子科大，成都市)   p-n结基本概念是解决许多微电子和光电子器件的物理基础。对于许多半导体器件问题的理解不够深透，归根到底还在于对于p-n结概念的认识尚有模
什么是费米能级？
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百度百科定义是：温度为绝对零度时，电子占据的最高能级，常用Ef表示； 他的物理意义是：该能级上的一个状态被电子占据的几率是1/2；在半导体物理中是一个非常重要的参数，只要知道了他，在一定温度下，各量子态上的电子分布就确定了。 费米能级不一样说明载流子的浓度不一样，只要没有电流，费米能级就为一条直线，反过来说一样。费米能级是化学势，可以理解为系统中比较活跃的能量的大小，主要由两部分决定，一个是自由电子的数目，另一个是自由电子的平均能量。 然后要区分费米能级和准费米能级的概念： 费米能级讨.
半导体器件与物理篇3 P-N结
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pn结的定义：由p型半导体和n型半导体接触形成的结pn结的特性和关键变量包括：整流性（即电流单向导通的特性）、平衡费米能级（费米能级EFE_FEF​为常数,dEFdx=0）、内建电势\frac{dE_F}{dx}=0）、内建电势dxdEF​​=0）、内建电势V_{bi}、空间电荷区（亦称为耗尽层）我们将从这些性质入手，由浅入深、从定性到定量的角度去探讨pn结pn结的整流性，即只允许电流单向导通产生原因：在热平衡时，也就是在给定温度之下，没有任何外界扰动，流经pn结的电子电流和空穴电流都为零。因此，对于每一种
半导体物理复习总结（六）——pn结
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pn结 PN结制备工艺有生长法，合金法，扩散法，离子注入法。 pn结的形成：形成pn结时，由于载流子的浓度梯度差异，电子从n区到p区扩散，空穴从p区到n区扩散，这时n区剩下带正电的电离施主，p区剩下带负电的电离受主不能移动，形成从n区指向p区的电场，称为内建电场。此电场方向与扩散运动方向相反，形成n到p的漂移电流。边界附近的电离施主和受主的存在区域称为空间电荷区。在pn结的空间电荷区中能带发生弯曲，这是空间电荷区中存在内建电场，电势能变化的结果。能带弯曲，电子从势能低的n趋向势能高的p区，运动时，必须克服这
模拟电子技术 PN结的形成与工作原理 个人笔记
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04-27 3514
在学，就是一点点笔记，有错误的话，望请大佬指正，非常感谢。 目录PN结的形成与工作原理空间电荷区漂移运动PN结的形成物理过程PN结的基本性质PN结加正向电压导通：PN结加反向电压截止：PN结具有单向导电性PN结的反向击穿PN结的电容效应 PN结的形成与工作原理 在一块本征半导体两侧通过扩散不同的杂质，分别形成N型半导体和P型半导体。 P区空穴浓度远高于N区。 N区自由电子浓度远高于P区。 空间...
PN结图示(全网都不舍得放的图片)
loveboon1的专栏
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PN结图示(全网都不舍得放的图片)
针对AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管的显式表面电势计算和紧凑电流模型
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06-05 1206
在本文中,我们提出了一种新的紧凑模型,用于基于费米能级和表面电位的显式解来描述AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管。该模型计算简单,且在预测表面电位和电流-电压特性方面具有高精度,非常适合电路仿真应用。这种基于表面电位的紧凑模型还考虑了温度依赖的自由载流子迁移率,从而考虑了自加热效应。该模型已经通过数值结果和广泛偏置条件下的测量数据进行了验证。关键词:AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)、漏电流、紧凑模型、自热效应。
半导体复习-费米能级
专栏
12-11 1万+
在热平衡状态下，能量为E的能态被电子占据的几率由费米-狄拉克函数表示，该函数也叫费米函数。 式中Ef为费米能级。费米能级只是一个纯数学参数，它提供了与其它能级相互比较的基准。 本征硅中的费米能级通常称为本征费米能级Ei。在T=300K时它只比禁带的中线低0.0073eV，因此在所有的实际应用中，都可假定Ei位于禁带的中央。
本征费米能级
weixin_42000717的博客
09-06 4884
本征费米能级
西安电子科大半导体物理课件及专题总结
- **PN结及其特性**：学习PN结的形成原理、特性以及对电压和温度的响应。 - **MOS结构**：深入理解金属-氧化物-半导体(MOS)结构的工作原理和特性。 - **双极型晶体管**：研究双极型晶体管的工作原理，包括电流放大...
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