場效應

化學中的場效應 （ Field effect ， 記作 F ） 是指通過空間的分子內靜電作用 ， 即某取代基在空間產生一個電場 ， 它對另一處的反應中心發生影響 。 場效應與誘導效應是相似的概念 ， 因此常常較難區分 ， 不過場效應是通過空間而非原子鏈產生的 ， 故有些情況下可以通過選取有合適結構的有機分子 ， 將這兩種效應區分開來 。 物理中的場效應 是指細電線與金屬薄片間的電場 ， 使空氣離子化 ， 使得帶電粒子發生相互吸引或排斥 ， 產生風的流動 ， 可以利用其現象產生推力 ， 類似於飛機機翼排氣產生升力 場效應 （ 半導體 ） 在物理學中 ， 場效應指的是使用外加的電場改變材料的導電性 。 在金屬中由於有大量電子移動抵消外加電場 ， 外加的電場能使金屬表層的電荷分佈發生改變 。 然而 ， 在半導體中 ， 正負電荷的密度較低 ， 無法完全抵消外加電場 ， 所以外加電場會在半導體材料表面附近改變材料的導電性 ， 這被稱爲 “ 場效應 ” 。 場效應應用於肖特基二極管 ， 場效應晶體管 （ 主要指的是MOSFET ， JFET和MESFET ） 。 表面的導電性和能帶彎曲 在外加電場的作用下 ， 接近半導體表面一定深度下的電子能級發生改變 ， 這導致了材料表面的導電性發生改變 ， 也使得材料表面區域的電子能佔有的能級發生變化 。 這種效應具有代表性的表徵方式是 “ 能帶彎曲圖 ” 。 能帶彎曲圖表徵了材料表面的能帶邊界Ef, Ec, Ev與進入材料深度x之間的關係 。 如右圖所示一個典型的能帶彎曲圖 。 爲了簡化 ， 能帶中的能量單位是eV ， 電壓的單位是V ， 避免了引入參數q作爲單位電荷 。 右圖中顯示的是一個雙層結構 ， 左邊是絕緣體層 ， 右邊是半導體層 。 一個使用類似結構的例子是MOS電容 ， 一個雙端的結構 ， 一邊是金屬柵極端 ， 一邊是半導體材料 （ 比如硅 ） 端 ， 中間夾着一層絕緣層 （ 比如氧化硅 ） 。 右圖中 ， 左邊的子圖顯示出了導帶的最低能級 （ Conduction Edge ） 和價帶的最高能級 （ Valence Edge ） 。 這些能帶在外加電壓V的作用下發生彎曲 。 依照習慣 ， 圖中顯示的是電子的擁有能量 ， 所以一個正電壓作用於半導體材料會使材料表面的能帶向下彎曲 。 虛線表示的是能級佔有情況費米能級Ef ： 低於Ef傾向於被電子佔領 ， 導帶在外加電壓作用下向下彎曲更加接近Ef ， 表明在接近絕緣層的地方導帶中存在更多的電子 。