p-n结内建电场的形成

　假定体系在各个方向的尺度都可以看作无穷大，分析中不涉及表面局限。现设想该p-n结瞬间形成之后初期将发生的微观过程 和导致的结果，可归纳为三个要点： 　　

　1) 扩散 　　
n型区电子浓度较p型区高，电子会由n型区向P型区扩散;同样空穴会由P型 区向n型区扩散。这两种扩散的共同点是多数载流子从p-n结的一侧流向另一侧 成为少数载流子，增加另一侧少数载流子的浓度。注意物质上这两个扩散都是电子 的扩散，但一个是导带的自由电子、一个是价带的成键电子，后者扩散率较低。 　　

　2) 电场产生 　　
体系两侧材料原本都是处处电中性的，以上载流子扩散迁移的结果，使得留下 的区域必然带上与迁移离去的电荷符号相反、数量相等的电荷。对该情况而言， 就是在P-n结附近p型区中留下无空穴与之中和的B—离子，附近n型区中则留下 无电子与之中和的P+离子。应该指出，这些离子本来都已存在并分布在P-n结两 侧，所不同的是现在与之平衡的电荷（载流子）迁走了；这些离子不会发生扩散迁移 或漂移，它们取代太阳能发电硅原子处于晶体金刚石点阵位置，只有1000°C左右的高温才能使 之发生可观迁移。这些荷电性质相反的离子分布在P-n结两侧附近，自然构成一个 由n型区指向p型区的电场，称为内建电场。 　　　

3) 平衡 　　
不难看出，以上由扩散所导致的电场将抵抗上述两种载流子扩散；然而随扩散 进行，该电场又不断加强，从而对扩散的抵抗不断加强，最终达成稳定平衡。稳定平衡的含义是即使有任何微扰使之偏离平衡，体系亦能自发回到平衡状态。 　　　

以上过程应在极短时间内就可完成，实际只能存在于假想之中；制备完成后到 我们手上的p-n结，必然是已经处于上述平衡状态下。此时p-n结附近载流子扩散流失几尽，称为耗尽层，注意不可能彻底“耗尽”，因平衡热激发还在，浓度积pn恒定还须保持；耗尽层内掺杂离子使P-n结两侧各带相反电荷，称为空间电荷区；这也正 是内建电场作用区。这个区层因极其重要而被从不同角度赋予不同名称，读者当注意汲取其物理含义，加深理解，而不是相反为其多重名称所困惑。 　　　

p-n结内建电场的形成的三大步骤，分别是扩散、电场生产、平衡。在三个过程的时间只是在极短的时间就可以完成了，其实上只存在于太阳能发电理论或者说是想象空间中。

更新时间：2015-6-5 12:16:26
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