半导体中自由电子与空穴的能级是否一致?不一致的话,他们能否复合?

来源:百度知道 编辑:UC知道 时间:2024/06/28 12:41:33
金属中的电子的能级是连续的,那么是不是金属中的电子都能与半导体中的空穴复合?
我的说法可能有问题。也许应该叫做能带。可是,问题出来了,电子可以在不同的能带上运动吗?如果是可以在不同的能带上运动,那么能量如何转化?

首先,电子在半导体中的能级是准连续的,可以近似认为是一簇一簇距离非常近的能级构成--这每一簇能级就是能带,能带和能带之间是有相对较大的能量差的,之间这段距离称为能隙(禁带)。而电子在金属中的能带结构简单,可以认为是一个能级(但和真空中电子能级有差距,后面会讲)

如果你问金属中的电子能否与半导体中的空穴复合,这就涉及到MS接触,就是金属和半岛体接触;(PN结原理不知你知不知道,那是半导体与半导体之间的接触,这里是金属和半导体接触)。

简单来讲,金属内的电子所含有的能量(所处能级记为Ef--就是费米能级,即大多数电子所处的能级)小于金属表面(近似于真空的电子能级E0),我们称电子从金属内部逸出到表面所需要的能量为功函数Wm=E0-Efm(m代表金属)

半导体的能带结构,如果你有所了解的话,会知道在电子(空穴)所处能级是费米能级Ef,导带底能级为Ec,价带顶为Ev;这个不明白也没关系,你就想像费米能级夹在他们两个能级之间,这是大多数电子所处的能级。记半导体电子逸出到表面所需的能量Ws=E0-Efs(s代表半导体)

当接触时(忽略M,S间的间隙),{注意:不同类型的半导体能带结构不同,所以引起的效果也不同},以n型半导体和金属接触为例(假设Wm>Ws),接触后电子系统统一,即两部分费米能级持平;(不清楚可以自己画画关系,要不就接本半导体物理看看)又由于Wm>Ws,所以Efs>Efm,即电子易从半导体流向金属,使半导体表面带正电(因为原来是中性的,现在带负电的电子走了一部分),金属表面带负电。

如果像你所说到的问题中,带有空穴的半导体(空穴为多子)--P型半导体,和金属接触时(先假设Wm<Ws),你将会发现半导体价带顶和导带底在接触处向下弯曲,构成阻挡层,即空穴易从半导体进入金属,而电子不容易从金属进入半导体,这样的话电子和空穴只能在金属中复合。而如果是Wm>Ws的话,情形相反,半导体价带顶和导带底在接触处向上弯曲,形成反阻挡层,即电子易从金属进入半导体,而空穴不容易从半导体进入金属,这样电子和空穴会在半导体表面进行复合。

至于Wm和Ws的关系如何,这和不同金属元素和半导体掺杂有关。
但应注意的是,如