一个有趣的问题：pn结和二极管，还有万用表

只看该作者 · 2011-4-28 17:24

本帖最后由 mmax 于 2011-4-28 17:44 编辑

最近在看半导体方面的书，想到一个有趣的问题，不知道谁能一下子回答上来。

一个独立的pn结，中间会有一个耗尽层，耗尽层内部会有由n指向p的电场
在耗尽层两端会形成Vbi，即内建电势。内建电势是存在的，硅材料的大概在0.7V。
（如果一个二极管要正向导通的话，必须外加一个电压V，跟Vbi方向相反，大小相等才会正向导通)

问题来了：既然内建电势是客观存在的，那么一个孤立的二极管，用万用表电压档量np之间的电压，是不是可以量出0.7V来，即量出内建电压？

哈哈~

只看该作者 · 2011-4-28 17:30

本帖最后由别叫我菜鸟于 2011-4-29 08:29 编辑

不会，这个内建电场存在的前提是外部要施加≥内建电动势的电压才能体现出来，这相当于在平行板电容器中间插一个极板，如果平行板电容器两端有压差，那么极板两端也有同样的电荷数（所形成的压差），只是同电容器方向相反！
哎，一点小理论还要费那么大口舌！

只看该作者 · 2011-4-28 17:51

2# 别叫我菜鸟

如果耗尽层相当于电容中间插的板的话，它内部是有电场的。
但它外面的p和n区域可是中性区，没有电荷的。所以就没有相反的电场来抵消内建电场。

只看该作者 · 2011-4-28 18:28

可以的啊
难道你没有量过吗

2万 · 2011-4-28 18:31

re LZ：

你还以为发现了“永动机”啊....

平衡条件下，费米能级（或称费米面）环路兜一圈是一样的。

只看该作者 · 2011-4-28 19:15

TO HWM教授
我只是觉得这个问题比较有趣。。解释起来不好解释。。
所以也像你以前的悬赏挑刺一样把问题发出来供大家讨论。

只看该作者 · 2011-4-28 19:16

看书的时候有这个疑问，然后我确实用万用表量了一下确定了结论。:lol

只看该作者 · 2011-4-28 21:19

你要能测到电压，那可不是一般的PN结了，那是光电池了:lol

只看该作者 · 2011-4-28 22:46

0.7V是 PN结正向导通时的压降

克服内电场体现在PN结导通时的门坎电压上

内电场的存在能达到一个电荷的动态平衡，所以外部是量不出电压的

只看该作者 · 2011-4-29 08:41

有意思……

只看该作者 · 2011-4-29 08:42

有意思……

只看该作者 · 2011-4-29 08:47

本帖最后由 mmax 于 2011-4-29 08:56 编辑

如附图，平衡的pn结上，由N到P有一个0.7V左右的内建电势(如图中的电场E，做积分从耗尽层边缘到另一边)。

在耗尽区(空间电荷区）以外的P和N区，由于电荷是中和的，没有多余的电子和空穴，所以没有电场。

问题细化到两点：
1）从N到P的内电势是存在的不？
2）这个电势能用万用表电压档量出来不？
3）动态平衡？是什么跟内电势的平衡？

虽然我有自己能解释。还是想听听大家是怎么解释的。

只看该作者 · 2011-4-29 09:10

俺从封闭系统理解一下
1，封闭系统如果初始时是电中性的，那在没有外力对其做功（也就是保持封闭状态）的情况下，其对外呈现的依然是电中性
2，电中性的不一定都不能对外做功，比如一个电容器，其正负极板带有等量异种电荷，但其能量可以对外做功
因为这种电中性不是其自然状态，是初始时通过外界对其充电做功得到的，而其又没有转化成热啊，机械啊，光啊之类的能量，还是以电场的形势存在，所以电中性的不一定都不能对外做功

只看该作者 · 2011-4-29 09:18

PN结显然其结压的形成没有外界的电场方面的作用，是原本两块电中性的掺杂半导体接触后扩散作用产生的

还有个比喻感觉可以形容一下，比如弹簧，其在自然状态下长度形状都不变化，看不到其能量，但其具有弹性势能，如果你想改变其形状，必须对其施加作用力，而其自身在无外力作用时是不会对外施加弹力的，可以说是被动器件

PN结类似，在自然状态，其不会对外施加电场，但其内部却真实存在电场，你用表测量时，因是电压档，万用表表笔仅是个被动的探测元件，并无电场的作用从表笔中流出，这相当于外电场并无对PN结做功

但如果把PN结接入电路，如果电流要通过PN结，外部电场必须克服其内部势能才能改变PN结的状态
这和弹簧在机理上是一致的