
【電】 built-in-potential
【計】 built-in
【醫】 inlay
【醫】 potential
内置電位(Built-in Potential)是半導體物理學中的核心概念,指在PN結或異質結界面處因載流子擴散形成的電勢差,其英文對應術語為"Contact Potential Difference"。該現象由載流子的濃度梯度驅動,當P型與N型半導體接觸時,空穴從P區向N區擴散,電子則反向擴散,形成空間電荷區并建立平衡電場。
從能量帶理論分析,内置電位滿足公式: $$ V_{bi} = frac{kT}{q} lnleft(frac{N_A N_D}{n_i}right) $$ 其中$N_A$和$N_D$分别代表受主與施主濃度,$n_i$為本征載流子濃度。此公式在《半導體器件物理》教材中被廣泛引用,佐證了摻雜濃度與溫度對内置電位的調控機制。
實驗驗證方面,美國國家标準技術研究院(NIST)通過Kelvin探針力顯微鏡觀測到實際矽基PN結的内置電位分布,測量結果與理論預測誤差小于5%,證實了該物理模型的準确性。在工程應用中,該電位直接影響太陽能電池的開路電壓和二極管的反向飽和電流,相關數據已被收錄于IEEE電子器件協會的技術報告。
在電化學領域,“内置電位”(或稱為内電位)是一個描述帶電相内部電勢特性的概念,其定義和組成可結合以下要點解釋:
基本定義
根據和,内電位($phi$)指将單位正電荷從無窮遠處移入帶電相内部所做的總電功。它等于外電位($psi$)與表面電位($chi$)之和,即:
$$phi = psi + chi$$
其中:
與電勢的關系
電位(電勢)是衡量電荷在電場中某點能量的物理量,其數值等于單位正電荷在該點的電勢能與電荷量的比值()。内電位作為總電位,綜合了外部電場和表面電荷的影響。
實際意義
在電化學腐蝕中,内置電位反映了材料表面與内部之間的電勢差,直接影響電荷遷移和腐蝕反應的驅動力。例如,金屬表面氧化膜的存在可能顯著改變表面電位,從而影響整體腐蝕速率()。
相對性與參考點
電位是相對值,需選定參考點(如無窮遠處或标準氫電極)。内置電位的計算也依賴于這一參考标準()。
内置電位是電化學體系中的關鍵參數,其組成和計算需結合外電位與表面電位,對理解材料腐蝕、電池反應等過程具有重要意義。
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