截止电压为什么是负数

截止电压是指在半导体材料中，当掺杂材料的浓度达到一定程度时，材料不再能够有效地导电的电压。而截止电压为什么是负数呢？

首先，我们需要了解半导体材料的电子结构。在纯净的半导体中，价带和导带之间存在一个能隙，能隙中没有自由电子或空穴。但是，当掺杂材料时，掺杂的杂质原子会向半导体中注入额外的电子或空穴，从而改变它的电导率。

当杂质原子的浓度增加时，会发生以下两种情况：

1. 杂质原子的浓度过低，此时半导体的电导率非常低，电子和空穴的数量非常少，因此，截止电压非常高，通常为正数。

2. 杂质原子的浓度过高，此时半导体的电导率非常高，电子和空穴的数量非常多，因此，截止电压非常低，通常为负数。

这是因为，当杂质原子的浓度过高时，会发生电子与空穴的复合效应，即电子和空穴相遇并互相消失。这种复合效应会导致半导体的电导率降低，从而截止电压变为负数。

综上所述，截止电压为负数是由于杂质原子浓度过高，导致半导体中的电子与空穴发生复合效应，电导率降低所致。