Mail.ruПочтаМой МирОдноклассникиВКонтактеИгрыЗнакомстваНовостиКалендарьОблакоЗаметкиВсе проекты

Уровень Ферми

Доброжелатель Мастер (1592), закрыт 14 лет назад
Никак не могу понять, что такое уровень Ферми в полупроводниках? И почему в p и n полупроводниках уровень Ферми находится не в середине запрещённой зоны. Поясните. Спасибо.
Лучший ответ
Человек разумный Мыслитель (6672) 14 лет назад
Для начала, нужно рассмотреть понятие энергии Ферми, так как это понятие, само по себе, есть ответом на Ваши вопросы.

Энергия Ферми
Энергия Ферми - максимальная энергия электронов при температуре в 0 К. Энергия Ферми растет с увеличением количества электронов в квантовой системе и, соответственно, уменьшается с уменьшением количества электронов (фермионов) . Это обусловливается возникающим интенсивным обменным и электростатическим взаимодействием в области перекрытия зарядовых плотностей волновых функций электронов при росте количества электронов.
Энергия и импульс Ферми есть граничными энергией и импульсом перехода электрона в свободное состояние. Поверхность в пространстве импульсов при 0 К, под которой все квантовые состояния заняты (то есть, нахождение электронов на заполненных орбиталях) , есть поверхностью Ферми.
При увеличении температуры возникает корреляция атомов и выделяются фононы, которые поглощаются электронами. В результате импульс электронов превышает граничный импульс Ферми, и они переходят в разрешенную зону (формально, есть квазисвободными частицами) .

Уровень Ферми в полупроводниках различных типов проводимости
Следует заметить, что в любом полупроводнике при стремлении температуры к абсолютному нулю уровень Ферми находится посередине запрещенной зоны. Но при повышении температуры в примесных полупроводниках он смещается либо вверх, либо вниз. Причина этого - в переходе электронов с валентной зоны в зону проводимости или наоборот, что обусловливает изменение энергии зоны проводимости и последующее смещение уровня Ферми (что Вас, собственно, и интересует) .
В случае с беспримесными полупроводниками, уровень Ферми при любой температуре проходит по середине запрещенной зоны.
В случае с n-полупроводниками, количество электронов в зоне проводимости больше, чем у беспримесных полупроводников, поэтому средняя энергия электронов в зоне проводимости, в силу того же роста суммарной энергии системы при увеличении количества фермионов, повышается. Из-за этого, чтобы покинуть валентную зону и перейти в зону проводимости, электрону в n-полупроводнике требуется больше энергии, чем электрону из беспримесного полупроводника. Потому уровень Ферми находится выше средины запрещенной зоны. Формально, уровень Ферми в n-полупроводниках лежит посередине между дном зоны проводимости и донорным уровнем.

В случае с p--полупроводниками, наблюдается обратная ситуация: чем большая концентрация акцепторов (например, атомов In), тем меньшая средняя плотность энергии электронов в зоне проводимости полупроводника, тем меньше средняя энергия на один электрон, и тем меньшая энергия требуется электрону, чтобы перейти в зону проводимости. Потому уровень Ферми находится ниже средины запрещенной зоны.
ДоброжелательМастер (1592) 14 лет назад
Спасибо
Наталия СагацкаяЗнаток (483) 9 лет назад
Спасибо за ответ!
AlchemistЗнаток (472) 7 лет назад
Семь лет уже прошло...
Спасибо)
Dmitrii SerebrennikovЗнаток (335) 4 года назад
Извините, но ваш комментарий некорректен.
Dmitrii Serebrennikov, почему
Остальные ответы
Константин Олешко Гуру (3505) 14 лет назад
И еще можно добавить статью про определение положения уровня Ферми:
http://dssp.petrsu.ru/book/chapter1/part6.shtml (http: //dssp.petrsu. ru/book/chapter1/part6. shtml).
Павел Бурко Знаток (416) 6 лет назад
Очень весело. Ранее не вникал в эти понятия. Начал изучать природу тока искать ответ на возникшие вопросы в процессе создания практического устройства. Читаю ваше объяснение без веры во что либо и понимаю какую вы несете чушь. Вот жестокий результат святой веры в то что говорят вам авторитеты науки. Именно поэтому вы ДОБРОЖЕЛАТЕЛЬ не можете понять НУЖНО ВЕРИТЬ.
Дмитрий ЛаптевПрофи (528) 5 лет назад
Земля пухом братик
ДБ Знаток (467) 5 лет назад
Это квази-уровень (как бы уровень), на котором с наибольшей вероятностью будут находится электроны.
Похожие вопросы