合、扩散以及漂移将会达到平衡。 然而，统计数据显示，有一些载流子会以很高的速度往p-n结 方向运动，最终穿过电场。一旦多子穿过电场就会变成另一区 的少子。在被复合之前，这个载流子将继续做远离电场的扩散 运动，运动距离等于平均扩散长度。 由载流子通过扩散运动穿过电场而产生的电流叫做扩散电流。
&2.6.1P-N结
--半导体中载流子的运动
尽管半导体中的载流子在不停地做随机运动，但是 并不存在载流子势运动，除非有浓度梯度或电场。
载流子随机运动
&2.5.2载流子的运动
--扩散
如果半导体中一个区域的载流子浓度要比另一个区域的高，那么，由于不停的随机 运动，将引起载流子的势运动。当出现这种情况时，在两个不同浓度的区域之间将会 出现载流子梯度。载流子将从高浓度区域流向低浓度区域。这种载流子的流动叫做 “扩散”，是由于载流子的随机运动引起的。
载流子运动：在一定温度下，在随机方向运动的载流子都有特
定的速度。
散射长度：在与晶格原子碰撞之前，载流子在随机方向运动的
距离长度。一旦与原子发生碰撞，载流子将往不同的随机方向运 动。
载流子的速度决定于晶格的温度。在温度为T 的半导体内载流子
的平均运动能量为1/2 mv2
&2.5.1载流子的运动
在器件的所有区域中，载流子往某一方向的运动的概率是相同的。在高浓度区域，数 量庞大的载流子不停地往各个方向运动，包括往低浓度方向。然而，在低浓度区域只 存在少量的载流子，这意味着往高浓度运动的载流子也是很少的。这种不平衡导致了 从高浓度区域往低浓度区域的势运动。
载流子的扩散运动
&2.5.2载流子的运动
因为耗尽区的电阻要比器件中其他区域的电阻要大得多（由
于耗尽区的载流子很少的缘故），所以几乎所有的外加电压 都施加在了耗尽区上。 一边到另一边的扩散运动的阻碍，增大扩散电流。
电场的减小将破坏pn结的平衡，即减小了对载流子从pn结的
漂移电流基本保持不变，因为漂移电流的大小只取决于在与
耗尽区的距离小于扩散长度的区域还有耗散区内部产生的载 流子的数目。
--扩散
扩散的速率决定于载流子的运动速度和两次散射点相隔的距离。在温 度更高的区域，扩散速度会更快，因为提高温度能提高载流子的热运动速 度。 扩散现象的主要效应之一是使载流子的浓度达到平衡，就像在没有外 界力量作用半导体时，载流子的产生和复合也会使得半导体达到平衡。
动画显示了半导体的高浓度部分是怎样趋向于平均分布的。 载流子填满可利用的空间，仅仅是通过随机运动。在这种情况下，静电斥力 的影响甚微，因为载流子之间的距离很远。此外，空穴（蓝色）的扩散率比 电子的低，所以需要更长的时间来填满整个空间。
硅二极管中电流与电压和温 度的关系计算
宽度的微量扩张，但这基本上只是一种二阶效应。
P-N结 --二极管方程
&2.6.3
理想二极管
I I0 e
qV/kT
1
I为通过二极管的净电流，I0为暗饱和电流（在没有光照情况下 输出的电流），V是施加在二极管两端的电压，q和k分别代表 电荷的绝对值和玻耳兹曼常数，而T则表示绝对温度（K）。
值得注意的是，
&2.4.3复合理论
--表面复合
半导体表面的缺陷是由于晶格排列在表面处的中断照成的，即
在表面处产生挂键。减少挂键的数目可以通过在半导体表面处生 长一层薄膜以连接这些挂键，这种方法也叫做表面钝化
半导体表面的悬挂键引起了此 处的高复合率
&2.5.1载流子的运动
--半导体中载流子的运动
自由载流子：导带中的电子和价带中的空穴
向与电场方向的向量叠加。
动画显示了电场的存在是如何使载流子是如何往一个总方向运动的。动 画中的粒子是空穴，所以运动的方向与电场方向相同。
&2.5.3载流子的运动
--漂移运动
由外加电场所引起的载流子运动叫“漂移运动”。漂移运动不仅
发生在半导体材料中，在金属材料中同样存在。
载流子 漂移运动
没有外加电场时，电子和空穴随机地在半导体中运动。加入 电场后电子和空穴往相反的方向漂移。
P-N结 --p-n结二极管
&2.6.1
如LEDS、激光、光电二极管还有双极结二极管（BJTS）。一个pn结把之前所描 述的载流子复合、产生、扩散和漂移全部集中到一个器件中。
p-n结二极管的结构不仅是太阳能电池结构的基础还是其它许多电子器件的基础，
p-n结的形成
--p-n结二极管
热平衡时，由于耗尽区的电场的存在，载流子之间的产生、复
端的扩散运动将会停止，这很像两种不同气体的相互扩散。
然而在半导体中，注入的少数载流子会被复合掉，因此不断有更多的载流子扩散过pn结。在正向偏置下的扩散电流也是复合电流。复合的速度越高，通过pn结的扩散电 流就越大。
“暗饱和电流”（I0）是区别两种不同二极管的非常重要的参数。I0是衡量一个器件
P-N结 --p-n结的偏置
&2.6.2
载流子的注入和正向偏置电流
从pn结的一端到另一端的扩散运动的增加导致了少数载流子（少子）往耗散区边缘
的注入。
这些少数载流子由于扩散而渐渐远离p-n结并最终与多数载流子复合。多数载流子是
由外部电流产生的，也因此在正向偏压下产生净电流。
假设没有复合作用，少数载流子的浓度将达到一个更高的水平，而从结的一端到另一
&2.4.3复合理论
--表面复合
任何在半导体内部或表面的缺陷和杂质都会促进复合，电池表面
是一个复合率非常高的区域。
高复合率导致表面附近的区域的少子枯竭。
表面复合率受到扩散到表面的载流子的速率的限制。 “表面复合率”的单位为cm/sec，被用来描述表面的复合。 对大多数半导体来说最大速度为1×107cm/sec。
复合特点的标准，二极管的复合速率越大，I0也越大。
P-N结 --p-n结的偏置
&2.6.2
反向偏压
反向偏置电压是指在器件两端加电场，以使p-n结增大。在p-n 结中的内建电场越大，载流子能从p-n结一段扩散至另一端的概率 就越小，即扩散电流就越小。与正向偏压时相同，由于受到进入 耗尽区的少数载流子的数量限制，p-n结的漂移电流并没有因内建 电场的增大而相应增大。漂移电流的微量增加主要是因为耗尽区
3. 突变状态
当施加的电压迅速改变时，太阳能电池的对变化的响应将会出现延迟。鉴 于太阳能电池并不是高速运转领域使用的电子器件，在这里将不对突变效应 多加描述。
--p-n结的偏置
正向偏压下的二极管
正向偏压：在p型半导体加正极电压而在n型半导体加负极电
压，以使得p-n结的内建电场减小。
&2.6.2P-N结
P-N结 --p-n结二极管
&2.6.1
平衡状态下载流子运动
到达扩散区与耗尽区的交界处时，少子会被电场拉到耗尽区。由此形
成的电流叫做漂移电流。在平衡状态下，漂移电流的大小受到少子数 目的限制，这些少子是在与耗尽区的距离小于扩散长度的区域通过热 激发产生的。 在平衡状态下，半导体的净电流为零。电子的漂移电流与电子的扩散 电流是相互抵消的。同理，空穴的漂移电流与空穴扩散电流也是相互 抵消的。
--p-n结的偏置
半导体器件共有三种状态模式：
&2.6.2P-N结
1. 热平衡状态
在热平衡模式下，半导体没有额外的刺激，如光照射或外加电压。载流子的 电流相互抵消所以在器件内没有净电流。
2. 稳态
在恒稳模式下，将有光线照射或施有外加电压，但这些条件并不随时间而 改变。器件通常处在稳定状态，要么正向偏压要么反向偏压。
•I0随着T的升高而增大。在温度为300k时，KT/q=26mV。 •I0随着材料质量的增大而增大。
P-N结 --二极管方程
&2.6.3
非理想二极管方程
对于实际的二极管来说，
I I 0 e
qv / nkT
1
其中n为理想因子，数值在1到2之间，通常随着电流的增大而 增大。上面的两个方程都是相对于硅材料来说的。
&2.5.3载流子的运动
--漂移运动
在半导体外加一个电场可以使做随机运动的带电载流子往一个方向运动。
在没有外加电场时，载流子在随机方的随机方向叠加。那么，如果此载流子
是空穴，其在电场方向将做加速运动，电子则反之。
在特定方向的加速运动导致了载流子的势运动。载流子的方向是其原来方