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标题: P-N结的另一种解释：“P-N结”实际应该是“中性区”？ [打印本页]

作者: 土豆 时间: 2003-5-25 04:22
标题: P-N结的另一种解释：“P-N结”实际应该是“中性区”？
首先明确一个问题：
从微观上看，正离子（空穴）对电子的吸引力遵守库仑定律，
正离子的电量虽然很小+e，但是当它与电子的距离r很小时，
依然会对电子产生不小的库仑吸引力F，
（离子不会不吸引它附近的电子，这就是P-N结的问题所在？）
同样，r增加一点，也会使F减小很多，

另外，以下的分析解释中，都把“空穴”称为离子（正离子），
由于这里并没有实际的离子移动，
所以用“电子跃进”代替“空穴移动”更为恰当一些？
而“电流”还是指一般的自由电子运动，

当P型与N型半导体在高温下结合后，
实际在结合面处是有原子相互渗透的---形成相互渗透区，
由于离子的近距库仑引力作用，
这个“渗透区”中的离子会被还原为中性原子，
即：在“渗透区”形成一个电阻较大的“中性区”，
当这个“中性区”厚度足够大时，
N区中的电子就难以受P区离子的吸引而移动了，
（实际“中性区”中的离子数量可能是逐步减少的？）
书上说这个“中性区”是带正、负电的“P-N结”，
这不大可能吧？离子是要被还原的？
甚至可以近似看成是：正、负离子在“渗透区”的中和反应？

当正向连接时：P区接电源正极，N区接负，
P区中的少量自由电子向正电极移动，
“中性区”附近（P区一侧）的离子数量增加，
离子的近距库仑引力使得中性区的原子失去电子，
变成了离子，中性区不断变薄，最后被破坏，基本消失，
N区富集的电子得以通过原来的“中性区”，负极则向N区不断补充电子，
注意：这里始终离不开离子的近距离库仑引力的作用，

当反向连接时：P区接电源负极，N区接正，
P区中的少量自由电子向“中性区”移动，
使得中性区附近的离子也被大量还原为中性原子，
使得中性区的厚度增加，
N区中的大量自由电子向正电极移动，
也可以近似说成是N区中的“负离子”也被还原为中性原子，
P和N区成了两块被还原的半导体，相当于两块不掺杂的半导体，
而不掺杂的半导体的电阻是较高的，
总之，由于没有了离子近距库仑引力作用，
能通过原子“中性区”的电流就很小了，

以上是初步分析，难免有错误之处，还望各位指点，

作者: pufeng 时间: 2003-5-25 04:59
标题: P-N结的另一种解释：“P-N结”实际应该是“中性区”？
你是那个专业的?
你所说的中性区应该指的是耗尽层吧？

作者: 土豆 时间: 2003-5-26 08:00
标题: P-N结的另一种解释：“P-N结”实际应该是“中性区”？
我是学建筑结构的，电子和物理是个爱好，还请多指点，
“中性区”与耗尽层的意思有相同之处，
不过我忽略了空穴与离子是有区别的，
其实P区并没有正离子，质子与电子的数量是相等的，
只是按8电子外层稳定理论，认为7电子外层结构会有吸引电子的力量，
或许可以称为“结构力”？好象还不是库仑力？

我觉得是否可以认为“耗尽层”是P型与N型相互渗透的区域？
这样就不会出现正负离子分开、对峙的情况，
而可能是一种“4原子稳定结构”？
即正、负离子是较均匀地混合在一起的，
这样，“耗尽层”内部又增加了静电引力的维系作用，
但从“耗尽层”外部看，它又不显电性（离子较均匀的混合），

或许可以试一下：
把P、N材料在一定温度下充分均匀混合，
看看这种“4原子稳定结构”的电阻率、电离能有何变化？
会超过单晶的电阻率吗？至少电阻率会比P、N材料都高吧？
因为它的结构比较稳定呀，能稳定到什么地步就不知了，
或许已有这方面的实验资料可以借鉴？

剩下的问题似乎就是：
P区和N区，谁更有实力来电离、瓦解这种“4原子区”了？
*正向加压下（P正）：
P区本身是7电子非稳定结构，又有3电子原子，
当外加电压超过“截止电压”后，外层3电子可能会相继逃跑？
正离子引力较大，于是可能使“4原子稳定结构”发生电离，导通，
（N区的电子供给不成问题）
即特点是：结构稳定维系力小，核外电子数较少，总电离能比较小，

*负向加压下（N正）：
N区失去一个电子后就达到8电子稳定结构，
而且最少是4电子原子，不容易再提供自由电子了，
正离子引力就比较小了，恐怕难以电离、瓦解“4原子稳定结构”，高阻，
（P原子得到一个电子后，达到稳定，虽是负离子，也不会轻易“转让”）
即特点是：结构稳定维系力大，核外电子数较多，总电离能比较大，

我是想尽量用比较成熟的库仑定律来解释一些问题，
不过原子外层电子结构也确实会对电离能产生影响，
所以看来还是要用库仑力和“结构力”两者来描述？
空穴描述了部分“结构力”的性质，不过说它带电似乎总有些牵强？
这个“结构力”好象比库仑力复杂一些？

是否可以先对“4原子稳定结构”了解的多一些呢？
从理论上看，似乎应该是N电子均匀、就近填补P空位，
既达到结构稳定，又产生了正、负离子间的近距离吸引力，
似乎是一种比较理想的稳定结构？

耗近层理论似乎没有考虑这种P、N原子相互渗透的问题？
否则就不会出现正、负离子分立的势垒了？
可是如果把两块P、N材料紧密的压制在一起（电子穿越，离子分立），
恐怕不会产生P-N结？所以没有单向导电性吧？
可能还是要高温融合---相互渗透结合才行？还望多指点，

作者: pufeng 时间: 2003-5-26 22:20
标题: P-N结的另一种解释：“P-N结”实际应该是“中性区”？
一般形成的p-n结都是缓变的，突变的只是理论分析时的近似模型
具体是n型的还是p型的由多数载流子决定
加正压或者负压时,改变了势垒高度，所以材料内部载流子呈现新的分布
不知道你想解释什么

作者: 土豆 时间: 2003-5-27 04:21
标题: P-N结的另一种解释：“P-N结”实际应该是“中性区”？
把P和N两种材料高温融合后会出现“4原子稳定结构”？
其电阻率比P、N材料都高？好象还没有这方面的测试、研究？

那么P、N材料表面融合时的相互渗透也会出现“4原子稳定结构”缓变层？
它似乎应该是正、负离子均匀混杂的，好象没有势垒出现的可能吧？

作者: 土豆 时间: 2003-5-28 09:13
标题: P-N结的另一种解释：“P-N结”实际应该是“中性区”？
形成“P空穴”并不需要电子运动，
一般是用外层4电子原子（比如硅、锗）加入外层3电子原子（比如镓、铟），
就形成了所谓P型半导体，里面有大量的“P空穴”，却没有离子，
由于晶体原子之间是用的“共价键”（共用电子对），
（比如硅就是一个原子与其它4个原子共用电子，形成8电子稳定结构）
只能形成外层7电子结构，缺少一个电子“空位”，
但由于两种原子都没有电子的逃离，所以没有离子产生，

所以“空穴”对电子似乎有一种“空位引力”，
也许是因为共用电子，使得核外电子轨道偏离，
核电荷引力不足以被平衡了？是一种“轨道偏移库仑力”？

而N型半导体内从结构上看，多出一个电子，但不是负离子的意思，
当N内的电子向P区移动时，现在的理论认为N的“空位”也是空穴移动，
但这个“空位”（空穴）可就不同了，它是电子的逃跑，是正离子了，
这种“N空穴”就肯定是离子了，

这就有一个问题了：空穴即是离子又不是离子？
在P区内它不是离子（但有一点正离子的性质：吸引电子），
在N区内它又是离子（对电子的引力似乎又比一般正离子小一点？），
有点奇怪？

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