第 五 題

這是一題傳統的 p-n 接面熱平衡題。第一步：文字描述如何畫出接觸後的能帶圖（費米能階 $E_F$ 水平對齊，p 側能帶上升，n 側能帶下降，中間以平滑曲線連接形成能帶彎曲，並標出空乏區）。第二步：敘述物理現象。載子因濃度梯度產生擴散，留下不可移動的裸露離子，形成空乏區與內建電場（阻礙擴散），最終達到擴散電流等於漂移電流的熱平衡狀態。第三步：判斷能否當電池。不可當作電池。解釋點在於熱平衡狀態下系統不對外作功，且若用金屬導線連接兩端，接點產生的金屬-半導體接觸電位差，剛好會與 p-n 接面的內建電位抵消，使得外部量測電壓為零。