半導體物理第一章晶體結構
120.118.143.10/display/displaymaterial/.../半導體元件01.pdf
檔案類型: PDF/Adobe Acrobat並以在第二個非共線方向以b. 1. 平移可以得. 到一個二維的晶格,若再有第三個非共線方. 向則可產生三維的晶格,上述之非共線方向. 不需要是互相垂直的。 9 ...
PDF]
0Comment count
|
2View count
|
4/9/13
| |||||
0Comment count
|
2View count
|
4/9/13
| |||||
半導體物理第一章晶體結構
120.118.143.10/display/displaymaterial/.../半導體元件01.pdf
檔案類型: PDF/Adobe Acrobat處終止,半導體元件通常製作於半導體表面. 或接近表面處,因此 .... 黑體輻射(Black-
正名：电压不是电势差（科普文章）
|||
刚才我上百度百科，偶然间发现对电压的解释里赫然写道，电压也称作电势差或电位差，是衡量单位电荷在静电场中由于电势不同所产生的能量差的物理量。我随即查了英文维基百科，对voltage一次的解释也大同小异。震惊之余，我决定写这片博文为电压正名。
电压绝对不是电势差，而是电化学势差(electrochemical potential)。电压在电子输运中是个重要概念，是个统计概念，反映了一个电极的费米能级高低。在半导体中经常不区分费米能级和电化学势，所以下文我也不区分，虽然严格说来略有不同。其实完全可以不必把电压当成是个差值。某个电极的电压值就是他的电子费米能级值（差个常数-e，为简略起见下文不加区分）。当然您可以认为是费米能级与接地点之差值。
当您的电子器件中只考虑静电力，电化学势差与电势差是一回事，大概百度百科、中学课本里的定义就是出于这种考虑。但是当有非静电力时，就不对了。比如，最简单的例子，把一块p型材料和n型材料放在一起，就会形成pn结。此时，显然pn两个材料上的电极是等电压的，因为到处费米能级相同，没有宏观电子流动。如果有电压，不就成了电池了吗，跟光伏效应一样，当然不可能。但是，pn两电极之间是有电势差的，叫内建电势差，大家半导体物理学里都学过。所以，有电势差不一定能造成电子定向流动，必须有电化学势差才行。为什么会有这种情况？因为pn结里有非静电力，即由于载流子浓度不同造成的扩散作用，他抵消了静电力造成的电势差。在刚把p材料和n材料放在一起时，电子还没来得及流动的瞬间，两块材料之间是没有电场的，当然也没有电势差，但是电子和空穴还是会流动，是因为他们有电化学势差，是由浓度梯度不同形成的。待到电子流动完毕，电化学势差没有了，电势差倒是出来了。
打个比方就很好理解了，如果把电子比喻成水，静电力就好比是重力，都是保守力。在只有重力的时候，水绝对是往低处流的，就好比电子总是往电势能低的地方流一样。可是有非重力的时候，比如有个水泵，那水还往低处流吗？在电子器件中，有非静电力的时候，就变现为电子的流动不能仅靠电势差决定。但是还是可以由电化学势差决定的，或者说电压决定。电子总是从费米能级高的地方流向低的地方。这是因为电压反映的是总能量，不仅仅是电势能。
理解了这一基本概念，就明白了电压表测的是什么，当你把电压表加到某个电极上时，他显示的数值是反映了这个电极（或者叫电子库）的费米能级与你所设定的接地零点之差。
电压是输运里面的基本概念，一定要搞清楚，千万不要被中学课本里以及网上搜出来的电势差定义所误导。希望这篇小博文对研究生朋友学习固体电子学有所帮助。
后补上的：
顺便说一句，有的朋友可能会问为什么叫电化学势而不叫化学势（chemical potential）。其实是一样的，所谓的电化学势只不过是包括了加电压的时候而已，我的意思是说如果没有电子输运，一般叫化学势，加上电压有电子流动了，就在化学势前面加个电字，其实是一样的，都是费米能级决定的。所以，这里的电化学势和化学上讲的电化学（电解、原电池）没太多关系，大家不要搞混。国际上第一个提出这个概念的人（谁知道是谁告诉我一声）非把他叫电化学势，我也没办法，只能沿用！
电压绝对不是电势差，而是电化学势差(electrochemical potential)。电压在电子输运中是个重要概念，是个统计概念，反映了一个电极的费米能级高低。在半导体中经常不区分费米能级和电化学势，所以下文我也不区分，虽然严格说来略有不同。其实完全可以不必把电压当成是个差值。某个电极的电压值就是他的电子费米能级值（差个常数-e，为简略起见下文不加区分）。当然您可以认为是费米能级与接地点之差值。
当您的电子器件中只考虑静电力，电化学势差与电势差是一回事，大概百度百科、中学课本里的定义就是出于这种考虑。但是当有非静电力时，就不对了。比如，最简单的例子，把一块p型材料和n型材料放在一起，就会形成pn结。此时，显然pn两个材料上的电极是等电压的，因为到处费米能级相同，没有宏观电子流动。如果有电压，不就成了电池了吗，跟光伏效应一样，当然不可能。但是，pn两电极之间是有电势差的，叫内建电势差，大家半导体物理学里都学过。所以，有电势差不一定能造成电子定向流动，必须有电化学势差才行。为什么会有这种情况？因为pn结里有非静电力，即由于载流子浓度不同造成的扩散作用，他抵消了静电力造成的电势差。在刚把p材料和n材料放在一起时，电子还没来得及流动的瞬间，两块材料之间是没有电场的，当然也没有电势差，但是电子和空穴还是会流动，是因为他们有电化学势差，是由浓度梯度不同形成的。待到电子流动完毕，电化学势差没有了，电势差倒是出来了。
打个比方就很好理解了，如果把电子比喻成水，静电力就好比是重力，都是保守力。在只有重力的时候，水绝对是往低处流的，就好比电子总是往电势能低的地方流一样。可是有非重力的时候，比如有个水泵，那水还往低处流吗？在电子器件中，有非静电力的时候，就变现为电子的流动不能仅靠电势差决定。但是还是可以由电化学势差决定的，或者说电压决定。电子总是从费米能级高的地方流向低的地方。这是因为电压反映的是总能量，不仅仅是电势能。
理解了这一基本概念，就明白了电压表测的是什么，当你把电压表加到某个电极上时，他显示的数值是反映了这个电极（或者叫电子库）的费米能级与你所设定的接地零点之差。
电压是输运里面的基本概念，一定要搞清楚，千万不要被中学课本里以及网上搜出来的电势差定义所误导。希望这篇小博文对研究生朋友学习固体电子学有所帮助。
后补上的：
顺便说一句，有的朋友可能会问为什么叫电化学势而不叫化学势（chemical potential）。其实是一样的，所谓的电化学势只不过是包括了加电压的时候而已，我的意思是说如果没有电子输运，一般叫化学势，加上电压有电子流动了，就在化学势前面加个电字，其实是一样的，都是费米能级决定的。所以，这里的电化学势和化学上讲的电化学（电解、原电池）没太多关系，大家不要搞混。国际上第一个提出这个概念的人（谁知道是谁告诉我一声）非把他叫电化学势，我也没办法，只能沿用！
No comments:
Post a Comment