Файл: Конспект лекций по общей физики (1-4 семестр).pdf

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 17.03.2025

Просмотров: 3926

Скачиваний: 2

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

356

Таблица 46.1

До контакта

После контакта

A

B

A

B

Wп = 0

Wп = 0

εF2

μ2

μ1 = μ2

εF1

μ1

εF1

εF2

При контакте металлов электроны из

Образец A заряжается отрицательно до

металла B в металл A будут переходить

потенциала φA, все его энергетические

до тех пор, пока не выровняются хими-

уровни поднимаются. Химический по-

ческие потенциал металлов. Условие

тенциал

равновесия:

μ1 εF1 eφA .

μ1 μ2 .

Образец B заряжается положительно до

потенциала φB, все его энергетические

уровни опускаются. Химический потен-

циал

μ2 εF2 eφB .

Из условия равновесия следует, что

εF1 eφA εF2 eφB

φA φB

ε

ε

F1

F2

e

– внутренняя контактная разность потенциалов.

Так как энергия Ферми

2

3n

ε

h

F

8π

2m

φ

A

φ

B

2 3

[см.

3

2 3

8π

(44.1)],

2

A

B

h

n

n

2 3

2 3

2em

.

Обычно φA – φB ≈ 0,1 эВ. Это электрическое поле локализуется в пределах двойного электрического слоя (РИС. 46.4).

Как только химические потенциалы выравниваются, пе-

φA φB

ретекание электронов из одного металла в другой пре-

–

+

кращается. Если электрон выйдет из образца A, то в точ- 1

A –

+ B

2

ке 1 (РИС. 46.4) его потенциальная энергия W1 = A1, где A1

–

+

– работа выхода металла A, а в точке 2 W2 = A2. Внешняя

Рис. 46.4

контактная разность потенциалов

φ φ

A1 A2

A2 A1

.

1

2

e

e

357

Обычно φ1 φ2 1 эВ.

6.7.3. Контакт двух полупроводников

Рассмотрим контакт полупроводников p- и n-типа (ТАБЛ. 46.2).

Таблица 46.2

До контакта

После контакта

–

+

p

n

p

–

+

n

–

+

x

Зона

Зона

Зона

проводимости

проводимости

Донорные уровни

εn

проводимости

μp

μn

εp

Акцепторные уровни

p-n-переход

Валентная

Валентная

Валентная

зона

зона

зона

В полупроводнике n-типа много свободных электронов, а в полупроводнике p-типа их нет – там дырки. Из-за этого электроны из полупроводника n-типа диффундируют в полупроводник p-типа. Этот процесс продолжается до выравнивания химических потенциалов. В области p-n-перехода дырки и электроны рекомбинируют и создаётся область, обеднённая носителями заряда и обладающая большим электрическим сопротивлением. После выравнивания химических потенциалов полупроводник p-типа заряжается отрицательно, а полупроводник n-типа – положительно. В области p-n-перехода для электронов и дырок образуется потенциальный барьер (РИС. 46.5А), который в равновесном состоянии носители преодолеть не могут (графики зависимости потенциальной энергии носителей от координаты x представлены на РИС. 46.5Б). Если наложить внешнее электрическое поле, то оно может либо увеличить величину барьера (обратное включение p-n-перехода), либо уменьшить её (прямое включение). Соответствующие электрические схемы и графики представлены в ТАБЛИЦЕ 46.3.

358

p-область

φ

n-область

p-область

Wп

n-область

φn

дырка

0

x

0

x

φp

а

б

Рис. 46.5

Таблица 46.3

Прямое включение p-n-перехода

Обратное включение p-n-перехода

μA

μA

– +

– +

p

– +

n

p

– +

n

– +

– +

x

x

p-область

φ

n-область

p-область

φ

n-область

0

x

0

x

p-область

n-область

p-область

Wп

n-область

Wп

дырка

дырка

0

x

0

x

Высота потенциального барьера для Высота потенциального барьера для

электронов и дырок уменьшается. В цеэлектронов и дырок увеличивается. Ток

пи идёт ток.

не идёт.

(В ТАБЛ. 46.3 штриховыми линиями построены графики зависимости потенциала

от координаты x в отсутствие внешнего электрического поля.)

359

Таким образом, p-n-переход обладает односторонней проводимостью и может выполнять функцию диода в электрических цепях. Вольтамперная характеристика p-n-перехода показана на РИС. 46.6.

Вольт-амперная характеристика p-n-перехода

I

Прямое

включение

Обратное

включение

0

U

Пробой

Рис. 46.6

6.7.4. Внутренний фотоэффект

Внутренний фотоэффект – явление резкого возрастания удельной электропроводности полупроводника при освещении его поверхности.

Энергетические диаграммы, показывающие причину внутреннего фотоэффекта, приведены в ТАБЛ. 46.4.

Таблица 46.4

Нет освещения

На полупроводник падает свет

μA

μA

λ

п/п

п/п

Зона

Зона

проводимости

проводимости

ħω >> εg

εg

εg

Валентная

Валентная

зона

зона

Тока нет.

Сопротивление полупроводника резко

возрастает. Появляются свободные но-

сители заряда и идёт ток.

Смотрите также файлы