截止电压是指在半导体材料中,当掺杂材料的浓度达到一定程度时,材料不再能够有效地导电的电压。而截止电压为什么是负数呢?
首先,我们需要了解半导体材料的电子结构。在纯净的半导体中,价带和导带之间存在一个能隙,能隙中没有自由电子或空穴。但是,当掺杂材料时,掺杂的杂质原子会向半导体中注入额外的电子或空穴,从而改变它的电导率。
当杂质原子的浓度增加时,会发生以下两种情况:
1. 杂质原子的浓度过低,此时半导体的电导率非常低,电子和空穴的数量非常少,因此,截止电压非常高,通常为正数。
2. 杂质原子的浓度过高,此时半导体的电导率非常高,电子和空穴的数量非常多,因此,截止电压非常低,通常为负数。
这是因为,当杂质原子的浓度过高时,会发生电子与空穴的复合效应,即电子和空穴相遇并互相消失。这种复合效应会导致半导体的电导率降低,从而截止电压变为负数。
综上所述,截止电压为负数是由于杂质原子浓度过高,导致半导体中的电子与空穴发生复合效应,电导率降低所致。
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