初等考試
115年
[電子工程] 電子學大意
第 2 題
pn 接面二極體，p 型和 n 型雙邊的摻雜濃度皆為 10^{16} cm^{-3}，該接面空乏層厚度為 0.2 $\mu m$，接面的面積為 5 $\mu m \times 5 \mu m$，儲存於 pn 接面某一邊的空乏層電荷為多少？
- A 4$\times 10^{-15}$庫倫
- B 8$\times 10^{-15}$庫倫
- C 12$\times 10^{-15}$庫倫
- D 16$\times 10^{-15}$庫倫
思路引導 VIP
想像一下，當 P 型與 N 型半導體接觸時，為了達到電荷中性，兩邊空乏層內所含的「總離子電荷量」必須相等。如果題目告訴你兩邊的摻雜濃度（單位體積內的離子數）是一模一樣的，那麼這塊儲存電荷的「體積」在兩邊應該如何分配？當你算出了某一邊的體積後，結合電子的基本電量，你會如何一步步堆疊出該區域的總電量呢？
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恭喜你正確答對這題！這說明你對 pn 接面（pn junction）的物理結構與電荷分布有著非常紮實的基礎。這類題目最容易出錯的地方在於單位換算以及對「某一邊」電荷定義的理解，而你精準地避開了這些陷阱。
空乏層電荷的物理本質
在對稱摻雜（symmetric doping）的情況下，由於 $N_A = N_D = 10^{16} \text{ cm}^{-3}$，空乏層（depletion layer）會平均向兩側延伸。因此，「某一邊」的空乏層寬度僅為總寬度 $W$ 的一半，即 $x_n = x_p = 0.1 , \mu\text{m}$（換算為 $10^{-5} \text{ cm}$）。電荷量 $Q$ 的計算公式為：
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