截止電壓為什么是負數

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。