半導體電中性條件檢視原始碼討論檢視歷史

半導體電中性條件圖片來源百度網原圖鏈接

電中性條件（Charge neutrality codition）： 電中性條件是半導體在熱平衡情況下，它的內部所必須滿足的一個基本條件。

中文名:半導體電中性條件

外文名:Charge neutrality codition

定 義:半導體內部總是保持為電中性的

半導體電中性條件圖片來源百度網原圖鏈接

詞 性:專有名詞

簡介

（1）電中性條件即是說半導體內部總是保持為電中性的，其中沒有多餘的空間電荷，即處處正電荷密度等於負電荷密度。該電中性條件這也就是用來計算各種情況下半導體中的Fermi能級、並從而確定載流子統計分布的出發點。 一般，半導體中的電荷有四種：導帶電子的負電荷[A]，價帶空穴的正電荷[B]，電離施主的正電荷[C]和電離受主的負電荷[D]；熱平衡時的電中性即要求負電荷密度=正電荷密度，即：[A]+[D]=[B]+[C]，這就是所謂電中性條件。對本徵半導體，電中性條件簡化為：[A]=[B]；對只有一種施主雜質的n型半導體，電中性條件則為：[A]=[B]+[C] 。

正因為電中性條件的要求，所以，不管半導體中兩種載流子的濃度（或者數量）相差何等的大小，但都不會出現多餘的電荷。例如n型半導體，其中的多數載流子——電子，都是由施主雜質原子所提供的；當每一個施主雜質原子給出一個導電的電子以後，自己就變成了一個帶正電荷的中心——電離施主中心，它們的正負電荷相等，互相補償，依然保持整個半導體是電中性的。至於其中的少數載流子——空穴，由於主要是通過本徵激發所產生出來的，它們（空穴與電子）是成對產生的，所以少數載流子的多少也不會導致出現多餘的淨電荷。可見，雖然n型半導體中的電子數量遠遠大於空穴——少數載流子的數量，但是就整個半導體內部來說，始終是電中性的。對於p型半導體，依然如此。 實際上，金屬因導電性很好，其內部更需要滿足電中性條件。因為帶負電的電子與帶正電的離子——原子實總是在數量上相等的，故金屬內部總是電中性的。

半導體電中性條件圖片來源百度網原圖鏈接

（2）非平衡半導體的電中性條件：

當向半導體內部注入有非平衡載流子時，整個半導體仍然需要滿足電中性條件。如果注入的電子濃度是Δn，則必然會有相等數量的空穴Δp產生出來以維持電中性：Δn=Δp；同時它們的濃度梯度也相等：d(Δn)=d(Δp)。如果半導體中還存在陷阱，則還必須計入陷阱中的電荷。

也是由於電中性條件的要求，所以不能往半導體內部注入多數載流子。例如，若往n型半導體中注入一些電子的話，那麼這些注入的電子就立即被其他電子通過庫侖作用而排斥到表面，依然保持內部為電中性。 注意，這裡說的電中性條件，是指材料內部，但在表面或者雜質、缺陷處，電中性條件並不需要滿足，也因此這些地方能夠出現多餘的電荷。

可以想象，也正是由於電中性條件的要求，可以往半導體內部注入少數載流子。例如，可以往n型半導體中注入空穴，因為注入的帶正電荷的空穴，立刻會被大量的多數載流子——電子所包圍（電子可以來自於表面或者雜質、缺陷），而仍然能夠保持整個半導體是電中性的。同樣，也可以往p型半導體中注入少數載流子——電子，這並不違反電中性條件。可見，在這種情況下，局部區域中存在空間電荷和相應的內建電場。

當然，對於絕緣體，因為其中沒有載流子，所以就不需要滿足電中性條件，也因此往絕緣體中可以注入電子或者空穴，其中可以保存有較多的所謂空間電荷。

（3）不均勻半導體的電中性條件：

在熱平衡情況下，由於摻雜濃度不均勻、或者注入的非平衡載流子濃度不均勻，即會在半導體內部的局部區域產生出多餘的電荷——空間電荷，並出現相應的電場——內建電場；但是這並不違反電中性條件，因為存在的電荷總是正、負電荷兩種同時出現，它們在數量上也是相等的，則從整個半導體來說還是保持為電中性的 。

半導體電中性條件[ 圖片來源百度網

半導體電中性條件圖片來源百度網原圖鏈接

][ 原圖鏈接

]

概述

(1) 熱平衡半導體：

導體內部在一般情況下都是電中性的。例如金屬，其中存在許多導電的電子，它們都是由組成金屬的各個原子所提供的（原子本身都變成了帶正電荷的離子），離子與電子的正、負電荷相互補償，則保持整個材料是電中性的。 又如n型半導體，其中的多數載流子——電子，大都是由施主雜質原子所提供的；每一個施主雜質原子給出一個導電的電子以後，自己就變成了一個帶正電荷的中心——電離雜質中心，它們的正負電荷相等，互相補償，依然保持整個半導體是電中性的。至於其中的少數載流子——空穴，由於主要是通過本徵激發所產生出來的，空穴與電子成對出來，所以也不會出現多餘的淨電荷。可見，雖然n型半導體中的電子數量遠遠大於空穴——少數載流子的數量，但是就整個半導體內部來說，始終是電中性的。對於p型半導體，依然如此。

總之，在金屬和半導體中，通常都是電中性的，即其中的正、負電荷相等，這就是所謂的「電中性條件」。導電性越好的材料，電中性條件的要求就越嚴格，其中不會出現淨電荷。

電中性條件即是說半導體內部總是保持為電中性的，其中沒有多餘的空間電荷，即處處正電荷密度等於負電荷密度。該電中性條件這也就是用來計算各種情況下半導體中的Fermi能級、並從而確定載流子統計分布的出發點。 一般，半導體中的電荷有四種：導帶電子的負電荷[A]，價帶空穴的正電荷[B]，電離施主的正電荷[C]和電離受主的負電荷[D]；熱平衡時的電中性即要求負電荷密度=正電荷密度，即：[A]+[D]=[B]+[C]，這就是所謂電中性條件。對本徵半導體，電中性條件簡化為：[A]=[B]；對只有一種施主雜質的n型半導體，電中性條件則為：[A]=[B]+[C] 。 (2)非平衡半導體：

正是由於電中性條件的要求，所以不能往金屬或者半導體內部注入多數載流子。例如，若在金屬內部某處增加了一些電子的話，那麼其中的電子之間立即就會通過庫侖作用把這些增加的電子排斥到表面，而保持內部仍然為電中性的。再如n型半導體，若往其中注入一些電子的話，那麼這些注入的電子也同樣立即就被其他電子通過庫侖作用而排斥到表面，依然保持內部為電中性。

注意，這裡說的電中性條件，是指材料內部，但在表面或者雜質、缺陷處，電中性條件並不需要滿足，也因此這些地方能夠出現多餘的電荷。

可以想見，也正是由於電中性條件的要求，可以往半導體內部注入少數載流子。例如，可以往n型半導體中注入空穴，因為注入的帶正電荷的空穴，立刻會被大量的多數載流子——電子所包圍（電子可以來自於表面或者雜質、缺陷），仍然能夠保持整個半導體是電中性的。同樣，也可以往p型半導體中注入少數載流子——電子。 對於非熱平衡狀態的半導體，其中存在非平衡載流子，同樣也需要滿足電中性條件。例如，當注入有非平衡電子濃度Dn時，則必將同時出現非平衡空穴濃度Dp，並且它們在數量上相等，即Dn =Dp；不僅如此，而且它們擴散的濃度梯度也將一致，即d(Dn)/dx =d(Dp)/dx。半導體內部在高摻雜或者大注入時所出現的內建電場，實際上也就是這種電中性條件所要求的結果。

當然，對於絕緣體，因為其中沒有載流子，所以就不需要滿足電中性條件，也因此在絕緣體中可以注入電子或者空穴，其中可以保存有較多的所謂空間電荷。

(3)不均勻半導體：

在熱平衡情況下，半導體內部的局部區域也有可能存在電荷——空間電荷和相應的電場——內建電場；但是這並不違反電中性條件，因為存在的電荷總是正、負電荷兩種同時出現，它們在數量上也是相等的，則從整個半導體來說還是保持為電中性的。例如，摻雜不均勻的半導體，其中摻雜濃度較高處將會出現多數載流子欠缺，而在摻雜濃度較低處將會出現多數載流子過剩，從而產生空間電荷和相應的內建電場。再如，從半導體表面注入大量的少數載流子時，也將會產生空間電荷和相應的內建電場，該電場對於注入的少數載流子具有加速運動的作用 。

例如

n型摻雜不均勻的半導體，其中摻雜濃度較高處將會出現多數載流子（電子）欠缺、並出現正空間電荷，而在摻雜濃度較低處將會出現多數載流子（電子）過剩、並出現負空間電荷，從而產生相應的內建電場；但是正、負空間電荷相等。再如，從半導體表面注入大量的少數載流子時，也將會產生空間電荷和相應的內建電場，該電場對於注入的少數載流子具有加速運動的作用；但同樣正、負空間電荷相等。

半導體基礎知識

==参考文献==