【摘要】:如果发生费米能级与导带底部或价带顶部重合,此时为重掺杂的简并半导体。处于准热平衡状态的载流子遵从修正后的费米-狄拉克分布。为进一步理解准费米能级的梯度是半导体材料准热平衡条件下形成电流的机制,将EnF、EpF进一步分解为内建电场F形成的漂移电流和载流子浓度梯度所形成的扩散电流。
从能带的角度来看,半导体的禁带宽度更适合制作太阳电池。半导体内的电子和空穴运动遵从薛定谔方程,其状态可以用布洛赫波函数描述,其能量遵从抛物带近似理论。在无外界作用时,半导体处于热平衡状态,电子的分布遵从费米-狄拉克分布。本征半导体中,费米能级在带隙内,接近或者位于带隙的中央,此时电子浓度与空穴浓度相等;n型半导体的电子为多子,空穴为少子,费米能级随着掺杂浓度的提高向导带移动;p型半导体的空穴为多子,电子为少子,费米能级随着掺杂浓度的提高向价带移动。如果发生费米能级与导带底部或价带顶部重合,此时为重掺杂的简并半导体。在热平衡状态,半导体内没有电流通过。
在外界光照、温度、电场等的影响下,半导体材料处于准热平衡状态。此时会产生超过热平衡状态的载流子,我们称之为非平衡载流子。处于准热平衡状态的载流子遵从修正后的费米-狄拉克分布。根据玻尔兹曼方程和弛豫时间近似理论可知,准热平衡状态条件下,半导体的电流为J(r)=μenEnF+μhpEpF,即半导体在准热平衡状态下的电流与准费米能级的梯度EnF、EpF成正比,也与迁移率μe、μh成正比。为进一步理解准费米能级的梯度是半导体材料准热平衡条件下形成电流的机制,将EnF、EpF进一步分解为内建电场F形成的漂移电流和载流子浓度梯度所形成的扩散电流。对于成分均匀的半导体材料,由于浓度梯度引起的电子和空穴电流大小相等、方向相反,可以互相抵消,即准热平衡条件下半导体电流的形成主要是由于半导体内电场强度引起。(www.xing528.com)
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