[科普中国]-内建电场

定义

内建电场（Built-in field，自建电场）是指半导体或者绝缘体中由于内部的作用而形成的电场，不是外加电场。

图1b已标出，跟空间电荷区相联系的是出现了一个自右向左由N型区指向P型区的静电场，称为内建电场（或自建电场）。由于这个内建电场的出现，一方面，它把空间电荷区中可以运动（扩散）的电子和空穴都扫光了，所以，从这个意义上讲，PN结区称为耗尽层；另一方面，它可以促使本征载流子中电子和空穴的漂移运动。这些少子漂移运动的方向正好和由浓度差引起的多子扩散运动方向相反。比如说，N型区电子（多子）浓度高，由浓度梯度驱使电子（多子）扩散运动的方向由图中右侧指向左侧。但内建电场阻止N区中电子（多子）由右向左的扩散运动，却可驱使N型区中的本征载流子中空穴（少子）由右向左漂移运动，这一分析同样适用于P型区。也就是说，多数载流子的扩散运动是浓度差引起的运动，而少数载流子的漂移运动是由内建电场引起的运动，由两种不同起因引起的多子与少子运动的方向恰好相反。

形成机制通过费米能级解释

在PN结中，假设N型材料和P型材料在实体上是分离的，则N型材料中，费米能级靠近导带底，在P型材料中，费米能级靠近价带顶,如右图所示。当P型材料和N型材料连接在一起时费米能级在热平衡时必定恒等，否则，根据修正的欧姆定律就要流过电流恒定费米能级的条件是通过电子从N型一边转移至P型一边，空穴沿相反方向转移实现的。

通过载流子的扩散和漂移得到分布

当把N型和P型材料放在一起的时候，由于在P型材料中有多得多的空穴，它们将向N型一边扩散。与此同时，在N型一边的电子将沿着相反的方向向P型区扩散。由于电子和空穴的扩散，在互相靠近的N侧和P侧分别出现未被补偿的、固定施主离子和受主离子。空间电荷建立了一个电场，即空间电荷区电场，又称为内建电场。2

其他例子（1）大注入时出现的内建电场（这有利于提高BJT的电流增益和频率、速度性能）。

（2）不均匀掺杂所产生的内建电场（缓变基区晶体管的基区掺杂是不均匀的，产生出一个加速少数载流子运动的电场）。