如果在电场中,更大的势能和电压是朝向正电荷而不是负电荷,那么为什么PN能带图表明在耗尽区域朝向正电荷的能量更低?
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\ \ begingroup \美元 可爱的图形。你自己的工作吗? \ \ endgroup \美元- - - - - -user_1818839 7月29日13:23
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\ \ begingroup \美元 不。这些都不是我自己的。我要把它归于真正的制造者吗? \ \ endgroup \美元- - - - - -泰德•杰克逊 7月31日20点38分
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\ \ begingroup \美元 youtu.be / 7 ukdkvhnac4 \ \ endgroup \美元- - - - - -泰德•杰克逊 7月31日20点44分
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\ \ begingroup \美元 youtube.com/playlist ? = PLfYdTiQCV_p711DywXAh53wL3xI7S55lg列表 \ \ endgroup \美元- - - - - -泰德•杰克逊 7月31日20分2点46分
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1\ \ begingroup \美元 en.wikipedia.org/wiki/P%E2%80%93n_junction \ \ endgroup \美元- - - - - -泰德•杰克逊 7月31日20分2点46分
这样想,如果你放开一个球,它会下落直到它找到下一个稳定点,对吗?因为重力和引力场,一个很明显要注意的事情是,球是从一个较高的能级到一个较低的能级。
如果你观察一个普通的电池,电子从负极移动到正极,这和球的情况是一样的。
所以在耗尽区,在达到稳定后,从n边到p边有一个电场(如图所示)。现在再想想电池,电场是从正极到负极,但电压(科学术语)是相反的方向。
这是对场和能量的直观理解,但如果你像我一样对数学有足够的兴趣,你会发现在物理中,当你谈论对某物做的功或被某物做的功时,通常都包含一个负号。
为了扩展,让我们假设有一个固定的电荷不移动(Q)。这个静电电荷产生的电场是:$ $ E = Q /(4πεr ^ 2) $ $因此,为了计算势,你需要对场进行积分,但随后出现了一个问题!积分是在一个范围内完成的(确定的):$ $∫_O E (r)。dr =∫_O Q/(4πεr^2)。博士= [q /(4πεr)] _O $ $
点O是我们的参考点,你需要一个参考点来衡量你的潜力。物理学家解决这个问题的方法是把参考点设为无穷大,所以上述积分的答案是:$$ = (- q /(4πεr)) - (- q /(4πεr)$ $ = $ $$ $ \ lim_ {R \ rightarrow∞}(q /(4πεR))——(q /(4πεR) $ $
在哪里
$$R = distance\ from \reference$$
1/∞非常接近于0!我们将只剩下:$p = (-Q/(4πεr)
因此,这个负号!这就是为什么在耗尽区,从n侧到p侧有一个电场,能量(我上面解释的方式)和电压,是相反的方向。值得注意的是,能量是一个标量值,没有方向,但我试图给出一个直观的答案。
我希望这将有助于更好地了解两国关系。为了理解P-N结,请开始研究费米能级、能带图、能带隙能和半导体中的复合/生成。
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\ \ begingroup \美元 可爱的工作。就因为这个原因,我接受你的答案,并给它一个赞。我相信你是在告诉我,由于在平衡时的结,一个电子(我们的滑板)和n型的中性区失去了相对于p型的势能,为了穿过耗尽区(斜坡),需要一些动能来这样做。请注意,我已经在我最初的问题中改变了这个图形——让滑板与电压/电场一致,并将两者(方向)反向,以与Wiki的图形一致(两者都被无情地窃取)。 \ \ endgroup \美元- - - - - -泰德•杰克逊 8月2日0:25
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1\ \ begingroup \美元 根据我的理解,一个(移动的)正电荷在从负电荷(向右)移向正电荷的过程中获得势能并失去动能,而一个电子在被e场推动向正电荷的过程中失去势能并获得动能。这与电子想要下落(水滴)和孔洞想要上升(水里的泡泡)的类比一致。 \ \ endgroup \美元- - - - - -泰德•杰克逊 8月2日0:35
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\ \ begingroup \美元 这是对的,如果我可以回到下落的球向地球的例子,球是平行于重力场的方向,正如你提到的,获得动能,失去势能。同样的类比适用于这里,如果一个正的测试电荷(即一个洞)沿着e场的方向移动(向着我们的n型半con方向),它将失去电位。但请注意,这并不是控制热平衡时能带图的唯一原因。 \ \ endgroup \美元- - - - - -NeuroEng 8月3日,20日,7:14
在电场中,较大的势能和电压是朝向正电荷而远离负电荷的
从电场的定义来看,这是正确的。
那么,为什么PN能带图显示了穿过耗尽区向正电荷方向的较低能量呢
这是因为,在能带图中,y轴上的能量不是一个正的测试电荷的能量(记住,要定义电场,我们取正的单位测试电荷),而是半导体中特定状态下的电子的能量。