
【电】 built-in-potential
【计】 built-in
【医】 inlay
【医】 potential
内置电位(Built-in Potential)是半导体物理学中的核心概念,指在PN结或异质结界面处因载流子扩散形成的电势差,其英文对应术语为"Contact Potential Difference"。该现象由载流子的浓度梯度驱动,当P型与N型半导体接触时,空穴从P区向N区扩散,电子则反向扩散,形成空间电荷区并建立平衡电场。
从能量带理论分析,内置电位满足公式: $$ V_{bi} = frac{kT}{q} lnleft(frac{N_A N_D}{n_i}right) $$ 其中$N_A$和$N_D$分别代表受主与施主浓度,$n_i$为本征载流子浓度。此公式在《半导体器件物理》教材中被广泛引用,佐证了掺杂浓度与温度对内置电位的调控机制。
实验验证方面,美国国家标准技术研究院(NIST)通过Kelvin探针力显微镜观测到实际硅基PN结的内置电位分布,测量结果与理论预测误差小于5%,证实了该物理模型的准确性。在工程应用中,该电位直接影响太阳能电池的开路电压和二极管的反向饱和电流,相关数据已被收录于IEEE电子器件协会的技术报告。
在电化学领域,“内置电位”(或称为内电位)是一个描述带电相内部电势特性的概念,其定义和组成可结合以下要点解释:
基本定义
根据和,内电位($phi$)指将单位正电荷从无穷远处移入带电相内部所做的总电功。它等于外电位($psi$)与表面电位($chi$)之和,即:
$$phi = psi + chi$$
其中:
与电势的关系
电位(电势)是衡量电荷在电场中某点能量的物理量,其数值等于单位正电荷在该点的电势能与电荷量的比值()。内电位作为总电位,综合了外部电场和表面电荷的影响。
实际意义
在电化学腐蚀中,内置电位反映了材料表面与内部之间的电势差,直接影响电荷迁移和腐蚀反应的驱动力。例如,金属表面氧化膜的存在可能显著改变表面电位,从而影响整体腐蚀速率()。
相对性与参考点
电位是相对值,需选定参考点(如无穷远处或标准氢电极)。内置电位的计算也依赖于这一参考标准()。
内置电位是电化学体系中的关键参数,其组成和计算需结合外电位与表面电位,对理解材料腐蚀、电池反应等过程具有重要意义。
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