如果更大的势能指向电荷，那么为什么PN能带图显示消耗区更低的势能指向电荷?

Question

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?

Answer 1

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。

Answer 2

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。

Answer 3

能量被定义为电势乘以电荷(电子加速器伏特单位)