半导体物理作业的
半导体物理作业(六)答案
两边杂质浓度为 N A = 1016 cm −3 ， N D = 1020 cm −3 ，求温度 300K 时的势垒高度和势 垒宽度。
VD = kT N A N D 1016 × 10 20 0 . 026 ln = ln = 0.026 × ln 9.61168781× 1015 =0.9568 (V) 2 2 10 q ni 1.02 × 10
τp
半导体物理作业（六）
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(1.02 ×10 ) =
9 × 10
14
10 2
× 1.602 × 10 −19 ×
0.026 × 460 =6.40×10-11（A/cm2） −6 10
.3 ⎛ qV ⎞ ⎛ 0.0026 ⎞ -6 2 kT ⎜ ⎟ ⎜ 3) J = J s ⎜ e − 1⎟ = 0.16 × ⎜ e − 1⎟ ⎟ =6.5×10 （A/cm ） ⎝ ⎠ ⎝ ⎠
qD p pn 0 Lp =
=
μ p N A μ nτ n N A μ pτ n 5 × 1017 × 460 × 1 = =508 = μ n N D μ pτ p N D μ nτ p 9 × 1014 × 550 × 1
q kTμ p
2） J s ≈
Dp kTμ p ni2 n2 n2 = i q = i q τp qτ p ND ND ND
qD p qDn n p0 + pn 0 Ln Lp
半导体物理作业（六）
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2. 若 N D = 5 ×1015 cm −3 , N A = 1017 cm−3 ，求室温下 Ge 突变 pn 结的 VD。(300K 时锗 的本征载流子浓度为 2.33×1013 cm-3) 解： VD =
半导体物理第三章作业
ni (300) Nc Nv exp(
Eg 2k0T
) 1.6 1013 cm3
3
n0 ND N A 5 10 cm
15
ni2 p0 5.12 1010 cm3 n0
500K时
Nc' T' 3 T' 3 ( ) 2 Nc' Nc ( ) 2 2.26 1019 cm3 Nc T T
D
ND Ec ED n0 1 2 exp( ) k0T Nc
nቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ n
D
Ec ED n0 N D n0 [1 2exp( ) ] 1.65 1017 k0T Nc
8.利用7题的Nc和Nv的数值及Eg=0.67eV,求温度文300K， 500K时，含施主浓度ND=5×1015 cm-3受主浓度NA=2×109 cm-3 的锗中电子和空穴的浓度 解： 300K时
Nv' T' 3 T' 3 ( ) 2 Nv' Nv ( ) 2 8.39 1018 cm3 Nv T T
4.774 104 5002 Eg (500) 0.7437 0.581eV 500 235 Eg ni (500) Nc Nv exp( ) 1.69 1016 cm3 2k0T
3 * * mn k0T 3 mn 3 Nc 2( ) 2 4.82 1015 T 2 ( ) 2 2 m0
Nv 2(
m* k0T p 2
) 4.82 1015 T (
3 2
3 2
m* p m0
)
3 2
所以
2 Nc m0 * 3 mn ( ) 0.56m0 15 4.82 10 T
半导体物理学作业及参考答案2
作业6：1．一块半导体材料的寿命μs 13=τ，受到光照产生非平衡载流子，此时光照突然停止，问52μs 后材料中的非平衡载流子浓度将衰减为原来的百分之几？2．室温下有一块n 型硅材料，掺杂浓度为-314cm 107⨯=D N ，由于光照产生的非平衡载流子浓度为-314cm 102.1⨯=∆=∆p n ，试计算此时准费米能级的位置（可以禁带中线E i 作为基准），并与热平衡态的费米能级做比较。
已知本征载流子浓度310cm 1012.1-⨯=i n ，室温下eV 026.0=T k B 。
【参考解答】1．由τt e p t p -∆=∆0)()(，其中μs 13=τ 可得：%83.1e )()65(13520≈=∆∆-p p 即光照停止μs 52后，非子将衰减到原来的1.83%（需要注意的问题是：此题比较简单，直接代入公式计算即可，目的在于加深大家对于寿命的感性认识。
此外寿命的物理意义由此也可见一斑。
）2．由于掺杂浓度不是很高，因此室温下杂质应可全部电离即：3140cm 107-⨯==D N n则热平衡态时的费米能级位置为：eV 2871.01012.1107ln 026.0ln ln 10140+=⨯⨯+=+=+=i i i D B i iB i F E E n N T k E n n T k E E 光注入非平衡载流子后：⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--=∆+=T k E E n T k E E n n n n B Fn i i B Fn F exp exp 00⎪⎪⎭⎫⎝⎛--=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--=∆≈∆+=∆+=T k E E n T k E E p p p n n p p p B i Fp i B F Fp i exp exp 0020 故准费米能级位置分别为：eV 2912.01012.1102.1107ln 026.0ln 101414+=⨯⨯+⨯+=+=i i i B i FnE E n n T k E E eV 2413.01012.1102.1ln 026.0ln 1014-=⨯⨯-=-=i i i B i Fp E E n p T k E E 可见：eV 0041.0=-F Fn E E ，eV 5284.0=-Fp F E E即结论是：对于n 型半导体，导带电子的准费米能级只比热平衡态的费米能级稍高一点，而价带空穴的准费米能级则比热平衡态的费米能级要低很多。
半导体器件物理作业
半导体器件物理作业半导体器件物理1. 画出pn结在零偏、正偏和反偏时的能带图2. 什么是耗尽区势垒电容、扩散电容？势垒电容：当所加的正向电压升⾼时，PN结变窄，空间电荷区变窄，结中空间电荷量减少，相当于电容放电。
同理，当正向电压减⼩时，PN结变宽，空间电荷区变宽，结中空间电荷量增加，相当于电容充电。
加反向电压升⾼时，⼀⽅⾯会使耗尽区变宽，也相当于对电容的充电。
加反向电压减少时，就是P区的空⽳、N区的电⼦向耗尽区流，使耗尽区变窄，相当于放电。
PN结电容算法与平板电容相似，只是宽度会随电压变化。
扩散电容：在PN结反向偏置时，少⼦数量很少，电容效应很少，也就可以不考虑了。
在正向偏置时，P区中的电⼦，N区中的空⽳，会伴着远离势垒区，数量逐渐减少。
即离结近处，少⼦数量多，离结远处，少⼦的数量少，有⼀定的浓度梯度。
正向电压增加时，N区将有更多的电⼦扩散到P区，也就是P区中的少⼦----电⼦浓度、浓度梯度增加。
同理，正向电压增加时，N区中的少⼦---空⽳的浓度、浓度梯度也要增加。
相反，正向电压降低时，少⼦浓度就要减少。
从⽽表现了电容的特性。
PN结反向偏置时电阻⼤，电容⼩，主要为势垒电容。
正向偏置时，电容⼤，取决于扩散电容，电阻⼩。
频率越⾼，电容效应越显著。
在集成电路中，⼀般利⽤PN结的势垒电容，即让PN结反偏，只是改变电压的⼤⼩，⽽不改变极性。
在PN结反向偏置时，少⼦数量很少，电容效应很3什么是耗尽区产⽣-复合电流？复合电流：产⽣电流：4什么是隧道效应、雪崩效应？隧道效应：隧道效应由微观粒⼦波动性所确定的量⼦效应。
⼜称势垒贯穿。
考虑粒⼦运动遇到⼀个⾼于粒⼦能量的势垒，按照经典⼒学，粒⼦是不可能越过势垒的；按照量⼦⼒学可以解出除了在势垒处的反射外，还有透过势垒的波函数，这表明在势垒的另⼀边，粒⼦具有⼀定的概率，粒⼦贯穿势垒。
雪崩效应：雪崩倍增效应：如果碰撞电离过程发⽣很频繁，不断产⽣出电⼦-空⽳对，这是⼀系列相继的连锁过程，瞬间即可产⽣出⼤量的电⼦-空⽳对——雪崩倍增效应。
半导体物理作业与答案模板
3．试用掺杂半导体的能带图解释说明右图中 N 型硅中载流子浓度随温度的变化过程。
并在图上标出低温弱电离区， 中间电离区，强电离区，过渡区，高温本征激发区。
第四章：半导体的导电性1．半导体中有哪几种主要的散射机构，它们跟温度的变化关系如何？并从散射的观点解释下图中硅电阻率随温度的变化曲线。
（1）电离杂质的散射 温度越高载流子热运动的平均速度越大，可以较快的掠过杂质离子不易被散射P 正比NiT （-3/2）（2）晶格振动的散射随温度升高散射概率增大（3）其他散射机构 1.中性杂质散射 在温度很低时，未电离的杂志的书目比电离杂质的数目大的多，这种中性杂质也对周期性势场有一定的微扰作用而引起散射，当温度很低时，晶格振动散射和电离杂志散射都很微弱的情况下，才引起主要的散射作用2.位错散射 位错线上的不饱和键具有中心作用，俘获电子形成负电中心，其周围将有电离施主杂质的积累从而形成一个局部电场，称为载流子散射的附加电场3.等同能谷间散射 对于Ge 、Si 、导带结构是多能谷的。
导带能量极小值有几个不同的波矢值。
对于多能谷半导体，电子的散射将不只局限于一个能谷内，可以从一个能谷散射到另一个，称为谷间散射AB 段温度很低本征激发可忽略，载流子主要有杂志电离提供，随温度升高增加散射主要由电离杂质决定，迁移率随温度升高而增大，所以电阻率随温度升高而下降BC 段 温度继续升高，杂质已经全部电离，本征激发还不显著，载流子基本上不随温度变化，晶格振动上升为主要矛盾，迁移率随温度升高而降低，所以电阻率随温度升高而下增大 C 段温度继续升高，本征激发很快增加，大量的本征载流子产生远远超过迁移率减小对电阻率的影响，杂质半导体的电阻率将随温度升高极具的下降，表现出同本征半导体相似的特征第六章：pn 结1证明：平衡状态下(即零偏)的pn 结 E F =常数u得则考虑到则因为dx x qV d dx dE dx dE dx dE q nq J dxdE dx dE q T k dx n d T k E E n n e n n dx n d q T k nq J qT k D dx dn qD nq J i i F n n i F i F i T k E E i n n n n nn n i F )]([)(1)()(ln ln ln )(ln ,00)/()(000-=∴⎥⎦⎤⎢⎣⎡-+=-=⇒-+==⎥⎦⎤⎢⎣⎡+==+=-E E E μμμμ dxdE p J dx dE n J F p p F n n μμ==,平衡时Jn ，Jp ＝0，所以EF 为常数2.推导计算pn 结接触电势差的表达式。
半导体物理作业参考答案
半导体第二次作业参考答案P422.17假设处的波函数为。
求满足的A值。
解：∵∴左边∴或2.18假设处的波函数为,n 为整数。
求满足的A值。
解：∵∴左边∴或P66E3.4当T=300K时，确定硅中和之间的能态总数。
解：N==P70E3.7假设在低于费米能级0.3eV，试求电子占据能带的概率为时的温度是多少。
解：由概率密度函数得，其中0.325eV∴T=321KP74--- P763.7 利用式（3.24）证明时，，其中n=0，1，2……证明：3.24式：………………………①令，，则①式为……..②②式两边同时对求导得…………………………..③假设，即，n=0，1，2……∴∴…………………………...④∴由④得，其中∴上式代入得∴∴当时，，其中n=0，1，2…（证毕）3.18 （a）GaAs的禁带宽度为。
（ⅰ）试求可以将价带中的电子激发到导带中的光子的最小频率；（ⅱ）对应的波长长度是多少？（b）以禁带宽度为重做（a）。
解：（a）当禁带宽度为时（ⅰ），其中，ℎ（ⅱ），其中m/s（b）当禁带宽度为时（ⅰ），其中，ℎ（ⅱ）3.47 如果，分别计算（a）T=200K和（b）T=400K时，和之间的能量范围。
解：（a）T=200K时，∴时解得,∴时解得,∴（a）T=400K时，∴时解得,∴时解得,∴P81E4.1 是确定能级被电子占据的概率，以及在T=300K的条件下，GaAs费米能级在以下0.25的电子浓度。
解：T=300K时，，，其中,其中∴P82E4.2 （a）T=250K时硅的热空穴浓度（b）计算T=250K和T=400K 下的之比。
解：（a）T=300K时，硅中的，T=250K时,（b）由例4.2可知T=400K时，=。
半导体物理作业
一：名词解释19、费米能级：非真实存在的能级，反映电子在能级上分布的一个参数。
20、间接复合：电子和空穴通过禁带（复合中心）的能级进行复合。
21、肖特基缺陷：一定温度下，晶格内一部分原子会获得能量，离开原来的位置，原来位置便成为空位。
只在晶体内形成空位而无间隙原子，这称为肖特基缺陷。
22、反阻挡层：金属与半导体接触时能带发生弯曲。
这里电子浓度比体内大得多，因而是一个高电导的区域，称之为反阻挡层。
23、本征界面态：由不饱和悬挂键形成的界面态。
24、受激辐射：能量为hv的光子照射进来，电子被这一光子激发而从E2能级跳到E1能级，并发射一个光子，称为受激辐射。
25、压阻效应：若对半导体施加应力时，半导体的电阻率要发生变化，这种现象称为压阻效应。
26、非晶态固体：固体中原子的排列不具有周期性，即不具有长程有序,称其为非晶态固体。
27、电子亲和能：真空的自由电子能级与导带底能级之间的能量差，也就是把导带底的电子拿出到真空去而变成自由电子所需要的能量。
28、金属功函数：金属的功函数表示一个起始能量等于费米能级的电子，由金属内部逸出到表面外的真空中所需要的最小能量。
29、pn结的扩散电容：当p-n结上外加电压变化，扩散区的非平衡载流子的积累相应变化所对应的电容效应称为扩散电容，以C D表示。
30、势垒电容：当p-n结上外加电压变化，势垒区的空间电荷相应变化所对应的电容效应称为势垒电容，以C T表示。
二、填空题1、半导体的主要特征是：电阻率能在很大范围内变化2、半导体材料可以用来制作：压电、气敏、温度、压磁、压阻、光电等传感器。
4、光生伏特效应最重要的应用是：太阳能电池。
5、利用“霍尔效应”可以测量半导体材料的：载流子浓度、迁移率、电阻率、霍尔系数等重要参数。
6、半导体科学却没有取得迅猛的发展，主要原因在于：半导体物理理论的不完善、半导体材料的不纯。
7、半导体材料工艺可概括为：提纯、单晶制备、杂质控制。
8、杂质包括：物理杂质、化学杂质。
半导体物理作业(七)答案
第七章金属和半导体的接触1. 基本概念1）什么是金属的功函数？答：金属费米能级的电子逸出到真空中所需要的能量，即()m F m E E W −=0。
其中E 0：真空中电子的静止能量，(E F )m ：金属的费米能。
随着原子序数的递增，金属的功函数呈周期性变化。
2）什么是半导体的电子亲和能？答：半导体导带底的电子逸出到真空中所需要的能量，即C 0E E −=χ。
其中E 0：真空中电子的静止能量，E C ：半导体导带底的能量。
3）以金属-n 型半导体接触为例，如果金属的功函数大于半导体的功函数，即W m >W s ，则半导体表面的空间电荷、电场和表面势垒具有什么特点？如果W m >W s ，又如何呢？答：金属-n 型半导体接触，如果W m >W s ，电子从半导体流向金属。
半导体表面形成正的空间电荷区，电场方向由体内指向表面，形成表面势垒。
在势垒区，空间电荷主要由电离施主形成，电子浓度比体内低很多，为高阻区域，称为阻挡层。
如果W m <W s ，电子从金属流向半导体，势垒区电子浓度比体内大很多，为高电导区，称为反阻挡层。
4）什么是表面态对势垒的钉扎？答：表面态密度存在时，即使不与金属接触，表面也会形成势垒。
高的表面态密度，可以屏蔽金属接触的影响，使半导体势垒高度几乎与金属的功函数无关，即势垒高度被高的表面态密度钉扎（pinned ）5）为什么金属-n 型半导体接触器件具有整流作用？答：外加电压V ，如果使金属的电势升高，由于n 型半导体高阻挡层为高阻区，外压V 将主要降落在阻挡层，则势垒下降，电阻下降。
反之，如果金属的电势下降，则势垒增高，势垒区电子减少（多子），电阻更高。
因此阻挡层具有类似于pn 结的整流作用。
6）以金属-n 型半导体接触为例，写出势垒宽度大于电子的平均自由程时，其扩散电流密度与电压的关系。
与pn 结的电流密度-电压关系比较，各自具有什么相同和不同的特点？答：金属-n 型半导体接触，扩散电流为⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛−=1kT qV sD e J J ，()T k qVr D D sD D e V V qN J 02/102−⎭⎬⎫⎩⎨⎧−=εεσ 与pn 结的电流密度-电压关系比较，二者均具有单向性的特征；所不同的是，金属-n 型半导体接触的反向电流随外加电压增加呈1/2次方增加，而pn 结的反向电流不随电压变化。
半导体物理习题及答案
1－1．（P 32）设晶格常数为a 的一维晶格，导带极小值附近能量E c （k ）和价带极大值附近能量E v （k ）分别为：E c (k)=0223m k h +022)1(m k k h -和E v (k)= 0226m k h －0223m k h ； m 0为电子惯性质量，k 1＝1/2a ；a ＝0.314nm 。
试求：①禁带宽度；②导带底电子有效质量；③价带顶电子有效质量；④价带顶电子跃迁到导带底时准动量的变化。
[解] ①禁带宽度Eg 根据dk k dEc )(＝0232m k h ＋012)(2m k k h -＝0；可求出对应导带能量极小值E min 的k 值： k min ＝143k ， 由题中E C 式可得：E min ＝E C (K)|k=k min =2104k m h ； 由题中E V 式可看出，对应价带能量极大值Emax 的k 值为：k max ＝0；并且E min ＝E V (k)|k=k max ＝02126m k h ；∴Eg ＝E min －E max ＝021212m k h ＝20248am h ＝112828227106.1)1014.3(101.948)1062.6(----⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯＝0.64eV ②导带底电子有效质量m n0202022382322m h m h m h dkE d C =+=；∴ m n ＝022283/m dk E d h C = ③价带顶电子有效质量m ’02226m h dk E d V -=，∴0222'61/m dk E d h m V n -== ④准动量的改变量h △k ＝h (k min -k max )= ah k h 83431=1－2．（P 33）晶格常数为0.25nm 的一维晶格，当外加102V/m ，107V/m 的电场时，试分别计算电子自能带底运动到能带顶所需的时间。
[解] 设电场强度为E ，∵F =h dt dk =q E （取绝对值） ∴dt =qEh dk∴t=⎰tdt 0=⎰a qEh 210dk =a qE h 21 代入数据得： t ＝E⨯⨯⨯⨯⨯⨯--1019-34105.2106.121062.6＝E 6103.8-⨯（s ） 当E ＝102 V/m 时，t ＝8.3×10－8（s ）；E ＝107V/m 时，t ＝8.3×10－13（s ）。
半导体物理学作业及参考答案1
为： ND 4.5 /1.2 1022 106 3.751016 /cm3
已知杂质全部电离，且明显有 ND ni ，可判断为饱和电离区，即：
n0
ND
3.751016 /cm3 ，
p0
ni2 n0
n0 ，即少子空穴导电可以忽略
根据题设，认为迁移率不随杂质浓度变化，即仍有 n 3560 cm2/V s
3.75 10 5 10.8
6.02 1023
/
343.3
0.611016
/
cm3
已知杂质全部电离，且明显有 N A ni ，可判断为饱和电离区，即：
p0
NA
0.611016 /cm3 ， n0
ni2 p0
p0 ，即少子电子导电可以忽略
根据题设，认为迁移率不随杂质浓度变化，即仍有 p 580 cm2/V s ，
n0
ND
5.31016 /cm3 ，
p0
ni2 n0
n0 ，即少子空穴导电可以忽略
根据题设，认为迁移率不随杂质浓度变化，即仍有 n 1470 cm2/V s
（实际上，即使题设中没有该假设，也可以做如下判断：
由于 Ni ND 5.31016 /cm3 1017 / cm3 ，因此可近似认为迁移率不随 杂质浓度变化）
2. 已知室温下本征锗的电阻率为 50 cm ，假设电子和空穴的迁移率分别为 n 3560 cm2/(V s) ， p 1556 cm2/(V s) ， 且 可 认 为 不 随 掺 杂 浓 度 而 变 化。计算： 1）本征载流子浓度 ni。 2）若掺入杂质锑，使每1.2106 个锗原子中含有一个杂质原子，假设杂质全 部电离，且迁移率不随杂质浓度变化，求该掺杂锗材料的电阻率。已知 锗的原子密度为 4.51022 / cm3 。
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一、PN结硅基太阳能电池
1、PN结
（1）概念
在一块半导体材料中，如果一部分是N型区，一部分是P型区，在N型区和P型区的交界面处就形成PN结。
（课本81页）PN结有同质结和异质结两种：用同一种半导体材料制成的PN结叫同质结，由禁带宽度不同的两种半导体材料制成的PN结叫异质结。
（2）平衡PN结
PN结中的载流子同时存在漂移运动和扩散运动。
载流子的扩散运动是由于其浓度不均匀造成的，扩散运动使载流子由高浓度向低浓度运动，其结果是在N型区和P型区交界面的两侧形成了一个带正负电荷的空间电荷区。
空间电荷区中的正负电荷形成一个由N区指向P 区的自建电场。
载流子在自建电场作用下会做漂移运动，方向刚好与扩散运动的方向相反。
当扩散运动和漂移运动相抵时，载流子浓度达动态平衡，这就是平衡PN结的情况。
（课本82、83页）
2、PN结太阳能电池
（1）光生伏特效应
太阳能电池是一种将太阳能（或其他光能）转换成电能的能量转换器。
光生伏特效应是PN结太阳能电池工作原理的基础。
所谓光生伏特效应，简单地说，就是当物体受到光照时，其体内的电荷分布状态发生变化而产生电动势和电流的一种效应。
具体过程是这样的：入射光垂直P-N结面，光子进入P-N结区，甚至深入到半导体内部。
能量大于禁带宽度的光子，由本征吸收在结的两边产生电子—空穴对。
事实上，这种光激发对少数载流子浓度的影响很大。
另一方面，由于P-N结势垒区内存在较强的内建电场（由n区指向p区），少数载流子将受该场的作用：P区的电子穿过P-N结进入N区，N区的空穴进入P区，使P端电势升高，N端电势降低，于是在P-N结两端形成了光生电动势。
由于光照产生的载流子各自向相反方向运动，从而在P-N结内部形成自N区向P区的光生电流。
（2）工作原理
对于PN结硅基太阳能电池，其基本原理就是光生伏特效应。
在此基础上，接通外电路，便有电能输出。
若把几十个、几百个太阳能电池单体串联、并联封装成太阳能电池组件，在太阳光照射下，便可获得具有一定功率输出的电能。
（3）基本结构
电子必须通过外部电路从电池的一侧流到另一侧。
我们可以在电池底部镀上一层金属，以保证良好的导电性。
但如果我们将电池顶部完全镀上金属，光子将无法穿过不透光导体，这样就会丧失所有电流（在某些电池中，只有上表面而非所有位置使用了透明导体）。
如果我们只在电池的两侧设置触点，则电子需要经过很长一段距离（对于电子而言）才能抵达接触点。
要知道，硅是半导体，它传输电流的性能没有金属那么好，它的内部电阻（称为串联电阻）相当高，而高电阻意味着高损耗。
为了最大限度地降低这些损耗，电池上覆有金属接触网，它可缩短电子移动的距离，同时只覆盖电池表面的一小部分。
即使是这样，有些光子也会被网格阻止，网格不能太小，否则它自身的电阻就会过高。
在实际使用电池之前，还要执行其他几个步骤。
硅是一种有光泽的材料，这意味着它的反射性能很好。
被反射的光子不能被电池利用。
出于这个原因，在电池顶部采用抗反射涂层，可将反射损失降低到5%以下。
最后一步是安装玻璃盖板，用来将电池与元件分开，以保护电池。
二、半导体发光二极管
1、PN结的单向导电性
单向导电性是PN结的基本性质之一，所谓单向导电性就是当PN 结的P区接电源正极，N区接电源负极，PN结能通过较大电流，并且电流随着电压的增加增长很快,称PN结处于正向。
反之，当P区接电源负极，N区接电源正极，则电流很小，而且电压增加时电流趋于“饱和”，称PN结处于反向。
（课本82页）
2、PN结的正向注入和反向抽取
（1）正向注入
正向偏压下，外加电场的方向与自建场的方向相反，使空间电荷区中的电场减弱，原来的相对平衡被打破，载流子的扩散运动优于漂移运动。
这种情况下，电子源源不断地从N区扩散到P区，空穴从P 区扩散到N区，成为非平衡载流子，这种现象称为PN结的正向注入。
（课本85页）
（2）反向抽取
反向偏压时，外电场方向与自建场方向相同，增强了空间电荷区的电场，载流子的漂移运动超过了扩散运动。
此时N区的空穴一旦达到空间电荷区边界，就要被电场拉向P区，P区的电子一旦到达空间电荷区的边界，也要被电场拉向N区，这种现象称为反向抽取。
（课本89，90页）
PN结的单向导电性是由于正向注入和反向抽取各自的矛盾的特殊性决定的。
正向注入可以使边界少数载流子浓度增加几个数量级，从而形成大的浓度梯度和大的扩散电流，而且注入的少数载流子浓度随正向偏压增加成指数规律增长。
而反向抽取使边界少数载流子浓度减少，随反向偏压增加很快趋向于零，边界处少子浓度的变化量最大不超过平衡时少子浓度。
（课本93页）
3、半导体发光二极管
（1）概念
半导体发光二极管是一种将电能转换成光能的器件，它的主要结
构也是一个PN结，是利用外电源向PN结注入电子来发光的。
半导体
发光二极管记作LED，是由P型半导体形成的P层和N型半导体形成的N层，以及中间的由双异质结构成的有源层组成。
（2）发光原理
半导体发光二极管的发光方式是注入式场致发光，是一种固体在电场作用下直接发光的现象。
发光二极管的核心部分是P型半导体和N型半导体组成的晶片，两者之间的过渡层会形成一个PN结。
热平衡状态下，N区有很多迁移率很高的电子，P区有很多迁移率较低的空穴。
由于PN结阻挡层的限制，常态下二者不能发生自然复合。
当在发光二极管PN结上加正向电压时，空间电荷层变窄，载流子扩散运动大于漂移运动，致使P区的空穴注入N区，N区的电子注入P区。
于是在PN结附近稍偏于P区一边的地方，处于高能态的电子和空穴相遇时复合会把多余的能量释放出来，并以发光的形式表现出来，实现电能转换成光能的过程。
其示意图如上图一。
当在发光二极管PN结上加反向电压，少数载流子难以注入，所以不发光。
（3）工作特点
LED是半导体器件通过PN结实现电光转换，有如下特点：
①安全、节能、不引起环境污染；
②寿命长，响应快；
③体积小，结构牢固。