势垒

时间:2023-12-12 14:40:15编辑:奇闻君

肖特基势垒下降效应的定义

肖特基势垒是指具有整流特性的金属-半导体结,适合用于二极管。肖特基势垒与PN结最大的区别是其典型的低结电压,减小金属的(几乎不存在)耗尽区宽度。

但并不是所有的有整流特性的金属-半导体结都是肖特基势垒. 金属-半导体结没有整流特性的叫做欧姆接触.。整流属性取决于金属的功函、固有半导体的带隙,以及类型和半导体的掺杂浓度

光电效应分为哪三类

光电效应分为三类,分别是外光电效应、内光电效应和光生伏特效应。光电效应指的是高于某特定频率的电磁波照射下,某些物质内部的电子会被光子激发出来而形成电流,即光生电。

光电效应的类别

1、外光电效应:指在光的照射下,材料中的电子逸出表面的现象。光电管及光电倍增管均属这一类。它们的光电发射极,即光明极就是用具有这种特性的材料制造的。

2、内光电效应:指在光的照射下,材料的电阻率发生改变的现象,光敏电阻即属此类。

3、光生伏特效应:利用光势垒效应,光势垒效应指在光的照射下,物体内部产生一定方向的电势。光电池是基于光生伏特效应制成的,是自发电式有源器件。

光电效应的应用

1、光电探测器是对半导体光电效应的重要应用,其中光敏管是此类光电器件的重要组成部分,光电探测仪在生活和科技中都有着非常广泛的应用。

2、太阳能电池中也会应用到光电效应,太阳能电池成为宇宙飞船、人造卫星、空间站的重要长期电源。

光电效应的分类

光电效应分为:外光电效应和内光电效应。

内光电效应是被光激发所产生的载流子(自由电子或空穴)仍在物质内部运动,使物质的电导率发生变化或产生光生伏特的现象。

外光电效应是被光激发产生的电子逸出物质表面,形成真空中的电子的现象。 在光的作用下,物体内的电子逸出物体表面向外发射的现象叫做外光电效应。

外光电效应的一些实验规律

a.仅当照射物体的光频率不小于某个确定值时,物体才能发出光电子,这个频率叫做极限频率(或叫做截止频率),相应的波长λ0叫做极限波长。不同物质的极限频率和相应的极限波长λ0 是不同的。

一些金属的极限波长(单位:埃): 铯 钠 锌 银 铂 6520 5400 3720 2600 1960 b.光电子脱出物体时的初速度和照射光的频率有关而和发光强度无关。这就是说,光电子的初动能只和照射光的频率有关而和发光强度无关。

c.在光的频率不变的情况下,入射光越强,相同的时间内阴极(发射光电子的金属材料)发射的光电子数目越多

d.从实验知道,产生光电流的过程非常快,一般不超过10的-9次方秒;停止用光照射,光电流也就立即停止。这表明,光电效应是瞬时的。

e.爱因斯坦方程:hν=(1/2)mv^2+I+W

式中(1/2)mv^2是脱出物体的光电子的初动能。金属内部有大量的自由电子,这是金属的特征,因而对于金属来说,I项可以略去,爱因斯坦方程成为 hυ=(1/2)mv^2+W 假如hυW,电子就不能脱出金属的表面。对于一定的金属,产生光电效应的最小光频率(极限频率) u0。由 hυ0=W确定。相应的极限波长为λ0=C/υ0=hc/W。 发光强度增加使照射到物体上的光子的数量增加,因而发射的光电子数和照射光的强度成正比。算式在以爱因斯坦方式量化分析光电效应时使用以下算式: 光子能量=移出一个电子所需的能量+ 被发射的电子的动能代数形式: hf=φ+Em φ=hf0 Em=(1/2)mv^2 其中 h是普朗克常数,h=6.63 ×10^-34 J·s, f是入射光子的频率,φ是功函数,从原子键结中移出一个电子所需的最小能量, f0是光电效应发生的阀值频率,Em是被射出的电子的最大动能, m是被发射电子的静止质量, v是被发射电子的速度

注:如果光子的能量(hf)不大于功函数(φ),就不会有电子射出。功函数有时又以W标记。这个算式与观察不符时(即没有射出电子或电子动能小于预期)。爱因斯坦因成功解释了光电效应而获得1921年诺贝尔物理学奖。

基于外光电效应的电子元件有光电管、光电倍增管。光电倍增管能将一次次闪光转换成一个个放大了的电脉冲,然后送到电子线路去,记录下来。 当光照在物体上,使物体的电导率发生变化,或产生光生电动势的现象。分为光电导效应和光生伏特效应(光伏效应)。

1 光电导效应

在光线作用下,电子吸收光子能量从键合状态过度到自由状态,而引起材料电导率的变化。

当光照射到光电导体上时,若这个光电导体为本征半导体材料,且光辐射能量又足够强,光电材料价带上的电子将被激发到导带上去,使光导体的电导率变大。

基于这种效应的光电器件有光敏电阻。

2 光生伏特效应

“光生伏特效应”,简称“光伏效应”。指光照使不均匀半导体或半导体与金属结合的不同部位之间产生电位差的现象。它首先是由光子(光波)转化为电子、光能量转化为电能量的过程;其次,是形成电压过程。有了电压,就像筑高了大坝,如果两者之间连通,就会形成电流的回路。

光伏发电,其基本原理就是“光伏效应”。太阳能专家的任务就是要完成制造电压的工作。因为要制造电压,所以完成光电转化的太阳能电池是阳光发电的关键。

简单来说就是在光作用下能使物体产生一定方向电动势的现象。基于该效应的器件有光电池和光敏二极管、三极管。

①势垒效应(结光电效应)

光照射PN结时,若hf≧Eg,使价带中的电子跃迁到导带,而产生电子空穴对,在阻挡层内电场的作用下,电子偏向N区外侧,空穴偏向P区外侧,使P区带正电,N区带负电,形成光生电动势。

②侧向光电效应(丹培效应)

当半导体光电器件受光照不均匀时,光照部分产生电子空穴对,载流子浓度比未受光照部分的大,出现了载流子浓度梯度,引起载流子扩散,如果电子比空穴扩散得快,导致光照部分带正电,未照部分带负电,从而产生电动势,即为侧向光电效应。

③光电磁效应

半导体受强光照射并在光照垂直方向外加磁场时,垂直于光和磁场的半导体两端面之间产生电势的现象称为光电磁效应,可视之为光扩散电流的霍尔效应。

④贝克勒耳效应

是指液体中的光生伏特效应。当光照射浸在电解液中的两个同样电极中的一个电极时,在两个电极间产生电势的现象称为贝克勒耳效应。感光电池的工作原理基于此效应。

⑤紫外线光电效应

当紫外线照射到某些金属的表面时,金属内部的自由电子逸出金属表面,这种紫外线的光致电子发射构成了紫外线光电效应的内容之一。早在1887年德国物理学家 (1857~1894)在研究紫外线辐射时,首先发现光电发射现象。在1888年光电发射有被俄国物理学家斯托列托夫(1839~1896)用实验证明了这一现象。

3 光子牵引效应

当光子与半导体中的自由载流子作用时,光子把动量传递给自由载流子,自由载流子将顺着光线的传播方向做相对于晶格的运动。结果,在开路的情况下,半导体样品将产生电场,它阻止载流子的运动。这个现象被称为光子牵引效应。

势垒贯穿效应与势垒的什么有关?

势垒是PN结中载流子运动所形成的内电场,势垒岁正向电压的增大而减小,随外加反向电压增强而加大,当外加电压大到可以克服并击穿内电场时就形成了贯穿效应。

所谓贯穿就是克服电势而形成电流激增的现象。

肖特基势垒

肖特基势垒是指具有整流特性的金属-半导体接触,就如同二极管具有整流特性。是金属-半导体边界上形成的具有整流作用的区域。

肖特基势垒指具有大的势垒高度(也就是ΦBn 或者 ΦBp kT),以及掺杂浓度比导带或价带上态密度低的金属-半导体接触(施敏, 半导体器件物理与工艺, 第二版, 7.1.2)。

肖特基势垒是指具有整流特性的金属-半导体接触,就如同二极管具有整流特性。是金属-半导体边界上形成的具有整流作用的区域。

金属与n型半导体形成的肖特基势垒如图1所示。金属—半导体作为一个整体在热平衡时有同样费米能级。肖特基势垒相较于PN界面最大的区别在于具有较低的界面电压,以及在金属端具有相当薄的(几乎不存在)空乏区宽度。由半导体到金属,电子需要克服势垒;而由金属向半导体,电子受势垒阻挡。在加正向偏置时半导体一侧的势垒下降;相反,在加反向偏置时,半导体一侧势垒增高。使得金属-半导体接触具有整流作用(但不是一切金属—半导体接触均如此)。如果对于N型半导体,金属的功函数大于半导体的功函数,对于P型半导体,金属的功函数小于半导体的功函数,以及半导体杂质浓度不小于10^19/立方厘米数量级时会出现欧姆接触,它会因杂质浓度高而发生隧道效应,以致势垒不起整流作用。并非所有的金属-半导体接面都是具有整流特性的,不具有整流特性的金属-半导体接面则称为欧姆接触。整流属性决定于金属的功函、固有半导体的能隙,以及半导体的掺杂类型及浓度。在设计半导体器件时需要对肖特基效应相当熟悉,以确保不会在需要欧姆接触的地方意外地产生肖特基势垒。当半导体均匀掺杂时肖特基势垒的空间电荷层宽度和单边突变P-N结的耗尽层宽度相一致。

优点

由于肖特基势垒具有较低的界面电压,可被应用在某器件需要近似于一个理想二极管的地方。在电路设计中,它们也同时与一般的二极管及晶体管一起使用, 其主要的功能是利用其较低的界面电压来保护电路上的其它器件。

然而,自始至终肖特基器件相较于其它半导体器件来说能被应用的领域并不广。

器件

肖特基二极管,肖特基势垒自身作为器件即为肖特基二极管。

肖特基势垒碳纳米管场效应晶体管FET:金属和碳纳米管之间的接触并不理想所以层错导致肖特基势垒,所以我们可以使用这一势垒来制作肖特基二极管或者晶体管等等。

实际使用

(1)价带电子;

(2)自由电子或空穴(free carrier);

(3)存在于杂质能级上的电子。

太阳电池可利用的电子主要是价带电子。由价带电子得到光的能量跃迁到导带的过程决定的光的吸收称为本征或固有吸收。

太阳电池能量转换的基础是结的光生伏特效应。当光照射到pn结上时,产生电子一空穴对,在半导体内部结附近生成的载流子没有被复合而到达空间电荷区,受内建电场的吸引,电子流入n区,空穴流入p区,结果使n区储存了过剩的电子,p区有过剩的空穴。它们在pn结附近形成与势垒方向相反的光生电场。光生电场除了部分抵消势垒电场的作用外,还使p区带正电,n区带负电,在n区和p区之间的薄层就产生电动势,这就是光生伏特效应。此时,如果将外电路短路,则外电路中就有与入射光能量成正比的光电流流过,这个电流称作短路电流,另一方面,若将pn结两端开路,则由于电子和空穴分别流入n区和p区,使n区的费米能级比p区的费米能级高,在这两个费米能级之间就产生了电位差voc。可以测得这个值,并称为开路电压。由于此时结处于正向偏置,因此,上述短路光电流和二极管的正向电流相等,并由此可以决定voc的值。

肖特基势垒

肖特基势垒

太阳电池的能量转换过程

太阳电池是将太阳能直接转换成电能的器件。它的基本构造是由半导体的pn结组成。此外,异质结、肖特基势垒等也可以得到较好的光电转换效率。本节以最普通的硅pn结太阳电池为例,详细地观察光能转换成电能的情况。

首先研究使太阳电池工作时,在外部观测到的特性。当太阳光照射到这个太阳电池上时,将有和暗电流方向相反的光电流iph流过。

当给太阳电池连结负载r,并用太阳光照射时,则负载上的电流im和电压vm将由图中有光照时的电流一电压特性曲线与v=-ir表示的直线的交点来确定。此时负载上有pout=ri2m的*gong*率消耗,它清楚地表明正在进行着光电能量的转换。通过调整负载的大小,可以在一个最佳的工作点上得到最大输出*gong*率。输出*gong*率(电能)与输入*gong*率(光能)之比称为太阳电池的能量转换效率。

下面我们把目光转到太阳电池的内部,详细研究能量转换过程。太阳电池由硅pn结构成,在表面及背面形成无整流特性的欧姆接触。并假设除负载电阻r外,电路中无其它电阻成分。当具有hν(ev)(hνeg,eg为硅的禁带宽度)能量的光子照射在太阳电池上时,产生电子―空穴对。由于光子的能量比硅的禁带宽度大,因此电子被激发到比导带底还高的能级处。对于p型硅来说,少数载流子浓度np极小(一般小于105/cm),导带的能级几乎都是空的,因此电子又马上落在导带底。这时电子及空穴将总的hν - eg(ev)的多余能量以声子(晶格振动)的形式传给晶格。落到导带底的电子有的向表面或结扩散,有的在半导体内部或表面复合而消失了。但有一部分到达结的载流子,受结处的内建电场加速而流入n型硅中。在n型硅中,由于电子是多数载流子,流入的电子按介电驰豫时间的顺序传播,同时为满足n型硅内的载流子电中性条件,与流入的电子相同数目的电子从连接n型硅的电极流出。这时,电子失去相当于空间电荷区的电位高度及导带底和费米能级之间电位差的能量。设负载电阻上每秒每立方厘米流入n个电子,则加在负载电阻上的电压v=qnr=ir表示。由于电路中无电源,电压v=ir实际加在太阳电池的结上,即结处于正向偏置。一旦结处于正向偏置时,二极管电流朝着与光激发产生的载流子形成的光电流iph相反的方向流动,因而流入负载电阻的电流值为在负载电阻上,一个电子失去一个qv的能量,即等于光子能量hν转换成电能qv。流过负载电阻的电子到达p型硅表面电极处,在p型硅中成为过剩载流子,于是和被扫出来的空穴复合,形成光电流

肖特基 MC7808ABTG 的特点

制造商:ON Semiconductor

系列:-:

包装 ?:管件

零件状态:在售

输出配置:正

输出类型:固定

稳压器数:1

电压 - 输入(最大值):35V

电压 - 输出(最小值/固定):8V

电压 - 输出(最大值):-

压降(最大值):2V @ 1A(标准)

电流 - 输出:1A

电流 - 静态(Iq):6mA

PSRR:62dB(120Hz)

控制特性:-

保护功能:超温,短路

工作温度:-40°C ~ 125°C

安装类型:通孔

封装/外壳:TO-220-3

供应商器件封装:TO-220AB

基本零件编号:MC7808

势井.势垒是什么意思?

假设空间中的势能处处给定了,你可以把势阱或势垒理解成特定的空间区域,势阱就是该空间区域的势能比附近的势能都低,势垒就是该空间区域的势能比附近的势能都高。基本上就是极值点附件的一小片区域。

比如在重力势场中,如果你一个山谷里,你就在势阱里,如果你在山顶上,你就在势垒上。

通常在势阱中的物体(粒子),没有足够的动能想要离开势阱的概率是比较小的。

在制备爱因斯坦-玻色凝聚体过程中,一种方法的一个过程是利用磁场和激光构造磁光(势)阱,限制粒子的运动。

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