截止電壓是指在半導體材料中,當摻雜材料的濃度達到一定程度時,材料不再能夠有效地導電的電壓。而截止電壓為什么是負數呢?
首先,我們需要了解半導體材料的電子結構。在純凈的半導體中,價帶和導帶之間存在一個能隙,能隙中沒有自由電子或空穴。但是,當摻雜材料時,摻雜的雜質原子會向半導體中注入額外的電子或空穴,從而改變它的電導率。
當雜質原子的濃度增加時,會發生以下兩種情況:
1. 雜質原子的濃度過低,此時半導體的電導率非常低,電子和空穴的數量非常少,因此,截止電壓非常高,通常為正數。
2. 雜質原子的濃度過高,此時半導體的電導率非常高,電子和空穴的數量非常多,因此,截止電壓非常低,通常為負數。
這是因為,當雜質原子的濃度過高時,會發生電子與空穴的復合效應,即電子和空穴相遇并互相消失。這種復合效應會導致半導體的電導率降低,從而截止電壓變為負數。
綜上所述,截止電壓為負數是由于雜質原子濃度過高,導致半導體中的電子與空穴發生復合效應,電導率降低所致。