Γιατί το επίπεδο ενέργειας Fermi είναι στο μέσο της ζώνης αγωγιμότητας και του σθένους σε ημιαγωγούς;

Το επίπεδο ενέργειας Fermi σε ημιαγωγούς δεν είναι πάντα στο μέσο μεταξύ της ζώνης αγωγιμότητας και της ζώνης σθένους. Είναι στην πραγματικότητα πιο κοντά στη ζώνη σθένους σε εγγενείς ημιαγωγούς και μετατοπίζεται προς τη ζώνη αγωγιμότητας σε Τ-τύπο και προς τη ζώνη σθένους σε ημιαγωγούς τύπου Ρ .

Εδώ είναι μια κατανομή:

1. Εγγενείς ημιαγωγοί:

* Σε εγγενείς ημιαγωγούς, το επίπεδο Fermi βρίσκεται ελαφρώς πάνω από το μέσο του απαγορευμένου κενού , πιο κοντά στη ζώνη σθένους. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι υπάρχουν περισσότερα ηλεκτρόνια στη ζώνη σθένους από ό, τι στη ζώνη αγωγιμότητας λόγω της θερμικής διέγερσης των ηλεκτρονίων.

2. Εξωτερικοί ημιαγωγοί:

* ημιαγωγούς τύπου N: Σε ημιαγωγούς τύπου Ν, το ντόπινγκ με ακαθαρσίες δότη εισάγει υπερβολικά ηλεκτρόνια στη ζώνη αγωγιμότητας. Αυτό προκαλεί το επίπεδο Fermi να μετατοπιστεί προς τα πάνω Προς τη ζώνη αγωγιμότητας.

* ημιαγωγοί τύπου P: Σε ημιαγωγούς τύπου Ρ, το ντόπινγκ με ακαθαρσίες αποδέκτη δημιουργεί "τρύπες" στη ζώνη σθένους. Αυτές οι "τρύπες" δρουν σαν θετικές χρεώσεις και μπορούν εύκολα να δεχτούν ηλεκτρόνια. Αυτό προκαλεί το επίπεδο Fermi να μετατοπιστεί κάτω Προς τη ζώνη σθένους.

Γιατί όχι πάντα στη μέση;

Το επίπεδο Fermi αντιπροσωπεύει το επίπεδο ενέργειας στο οποίο υπάρχει πιθανότητα 50% να βρεθεί ένα ηλεκτρόνιο. Καθορίζεται από την πυκνότητα των καταστάσεων (ο αριθμός των διαθέσιμων επιπέδων ενέργειας) και η πιθανότητα κατοχής ηλεκτρονίων .

* Πυκνότητα καταστάσεων: Στους ημιαγωγούς, η πυκνότητα των καταστάσεων είναι υψηλότερη κοντά στη ζώνη σθένους, επειδή υπάρχουν περισσότερα διαθέσιμα επίπεδα ενέργειας στη ζώνη σθένους. Αυτό συμβάλλει στο επίπεδο Fermi που βρίσκεται πιο κοντά στη ζώνη σθένους σε εγγενείς ημιαγωγούς.

* Πιθανότητα κατοχής ηλεκτρονίων: Η πιθανότητα κατοχής ηλεκτρονίων είναι υψηλότερη στη ζώνη σθένους λόγω της θερμικής διέγερσης των ηλεκτρονίων από τη ζώνη σθένους στη ζώνη αγωγιμότητας. Αυτό συμβάλλει περαιτέρω στο επίπεδο Fermi που βρίσκεται πιο κοντά στη ζώνη σθένους.

Συνοπτικά, το επίπεδο ενέργειας Fermi σε ημιαγωγούς δεν είναι πάντα ακριβώς στο μέσο μεταξύ της ζώνης αγωγιμότητας και της ζώνης σθένους. Η θέση του επηρεάζεται από τον τύπο του ημιαγωγού (ενδογενής, Ν-τύπου ή τύπου Ρ) και την πυκνότητα των καταστάσεων και την πιθανότητα κατοχής ηλεκτρονίων μέσα στις ενεργειακές ζώνες.