Mức Fermi – Trang [1] – Thế giới kiến ​​thức bách khoa

Tên tiếng Trung: mức Fermi

Tên tiếng Anh: mức Fermi

Định nghĩa: mức năng lượng electron phản ánh trong các ban nhạc đầy mức độ một cuộc tranh cãi. Khoa học ứng dụng: Khoa học Vật liệu và Công nghệ (một môn); khoa học vật liệu và cơ sở công nghệ (hai đối tượng); khoa học vật liệu (hai đối tượng), nguyên liệu vật lý và hóa học cơ sở (hai đối tượng)

Nội dung trên bằng khoa học quốc gia và Uỷ ban phê duyệt Công nghệ công bố

Fermion trên một hệ thống bao gồm kính hiển vi, mỗi fermion là trong trạng thái năng lượng lượng tử của chúng. Bây giờ được cho là đặt tất cả các fermion từ các trạng thái lượng tử. 696. Sau đó, sau khi các fermion theo quy tắc nhất định (ví dụ, nguyên tắc Pauli, etc) điền vào cho mỗi lượng tử trạng thái năng lượng chiếm đóng, và quá trình này làm mỗi fermion chiếm chiếm trạng thái lượng tử thấp nhất có sẵn. Cuối cùng một trạng thái lượng tử fermion có thể được chiếm khoảng hiểu là mức Fermi. Mặc dù, nói đúng, mức Fermi bằng các hệ thống phụ Fermi có xu hướng tiềm năng hóa học không tuyệt đối; Nhưng trong lĩnh vực vật lý bán dẫn và điện tử, mức Fermi thường được xem là tiềm năng hóa học của các điện tử hoặc lỗ đồng nghĩa. Nhìn chung, “Fermi cấp” đại diện cho ý nghĩa của thuật ngữ này có thể được đánh giá từ bối cảnh trên và dưới.

Fermion có thể là electron, proton, neutron (hạt spin bán nguyên)

Kim loại, không tuyệt đối, các electron chiếm mức cao nhất là mức Fermi.

Ý nghĩa vật lý của mức Fermi là mức năng lượng trên một nhà nước bị chiếm đóng bởi các điện tử xác suất là 1/2.

Mức Fermi trong vật lý bán dẫn là một thông số vật lý rất quan trọng, chỉ cần biết giá trị của nó, đến một nhiệt độ nhất định, các electron trong trạng thái lượng tử hoàn toàn trên sự phân bố thống kê xác định. Nó và nhiệt độ, độ dẫn điện loại vật liệu bán dẫn, các tạp chất, và việc lựa chọn năng lượng điểm không.

n-chất bán dẫn loại Fermi mức gần vùng dẫn cạnh của vùng dẫn sẽ bước vào doping cao. p-chất bán dẫn loại Fermi mức gần ban nhạc cạnh hóa trị, doping cao sẽ bước vào vùng hóa trị.

Số lượng lớn các điện tử trong chất bán dẫn như một hệ thống nhiệt động lực học tập trong trạng thái cân bằng nhiệt có thể được chứng minh trong một hệ thống điện tử mức Fermi thống nhất.

Ý nghĩa của mức Fermi

Hàm phân bố Fermi-Dirac như một tham số quan trọng trong mức Fermi EF, toàn bộ hệ thống đã quyết định phân phối nhà cung cấp năng lượng cũng như vai trò quan trọng.

① trong các chất bán dẫn, mức Fermi (tiềm năng hóa học) không phải là một mức độ đúng, mà không nhất thiết phải là một mức năng lượng điện tử duy nhất cho phép (tức là không nhất thiết phải là tình trạng của công chúng về năng lượng), nó có thể được như mức năng lượng nhà nước bị ràng buộc, như có thể được ở bất kỳ vị trí của các ban nhạc, tất nhiên, cũng ở trong ban nhạc trong.

Cho cách điện và chất bán dẫn, mức Fermi là ở giữa khoảng cách ban nhạc. Đặc biệt, chất bán dẫn bên trong và chất cách điện, vì vùng hóa trị của họ được làm đầy với một electron hóa trị (xác suất chiếm 100%), vùng dẫn là hoàn toàn trống rỗng (khả năng nghề nghiệp là 0%), mức Fermi là tốt nằm trong ban nhạc trung ương (chiếm 50% cơ hội). Ngay cả khi nhiệt độ tăng, kích thích nội tại phát sinh từ điện tử – lỗ trống, nhưng sự gia tăng trong các electron vùng dẫn trong vùng hóa trị bằng với số lượng giảm của các electron, các mức năng lượng của ban nhạc trung ương vẫn là khả năng chiếm 50 %, vì vậy các chất bán dẫn Fermi cấp độ của nội tại không thay đổi theo nhiệt độ, luôn luôn là ban nhạc trung tâm.

② Fermi cấp trong thực tế đóng một thước đo của mức độ khả năng chiếm đóng bởi các điện tử kích thước của một vai trò xây dựng tiêu chuẩn. 1/2; trong E> EF là, f (E) <1/2, tại E = EF là, f (E) = 1/2. Ví dụ, khi (E-EF)> 5kT là, f (E) <0,07, nghĩa là cao hơn so với EF 5kT chiếm đóng bởi các electron trong tỷ lệ mức năng lượng chỉ có 0,7%. Như vậy, mức EF (vị trí) có thể được phản ánh trong một ban nhạc chiếm đóng bởi các mức năng lượng electron nếu tình hình. Mức độ điện tử Fermi bởi chính xác 50% khả năng. Khi nhiệt độ không phải là rất cao, mức EF trên cơ bản trống (ví dụ, các vùng dẫn là như vậy, một trong số ít các điện tử miễn phí), EF là đáng kể dưới mức của đầy điện tử (ví dụ, vùng hóa trị để điền vào các electron hóa trị, trong đó các lỗ hổng miễn phí hiếm khi); trong EF và EF gần hơn (tức là E-EF nhỏ hơn) mức năng lượng chiếm đóng bởi các electron lớn hơn cơ hội. Cho các chất bán dẫn loại n, bởi vì vùng dẫn có nhiều điện tử (tàu sân bay đa số), sau đó chắc chắn gần mức Fermi EF dưới cùng của vùng dẫn (EC), cùng một thời gian, cao hơn nồng độ của các nhà tài trợ tạp chất kết hợp, mức Fermi gần gũi hơn với vùng dẫn. ③ Các chức năng phân phối f (E) là một ban nhạc điện tử chiếm đóng (vùng dẫn) trong một mức độ nhất định xác suất (càng cao càng cao hơn năng lượng của các electron). Nếu một lỗ là để thảo luận về trường hợp của các tàu sân bay (lỗ nhiều năng lượng hơn xuống cao hơn), sau đó nó phải là một mức năng lượng tương ứng trong vùng hóa trị của không khí (nghĩa là không bị chiếm đóng bởi các điện tử) của tỷ lệ cược. Cho p-loại chất bán dẫn, như vùng hóa trị có lỗ tự do hơn (tàu sân bay đa số), mức Fermi EF hàng đầu của vùng hóa trị (EV) ở trên, và sẽ đóng cửa EV; trường hợp này, vùng hóa trị, càng có nhiều mức năng lượng gần EF, càng có nhiều cơ hội được chiếm đóng lỗ; Trong khi đó, sự kết hợp của nồng độ tạp chất cao hơn chấp nhận, mức Fermi gần vùng hóa trị hơn. Trong ngắn hạn, tất cả EF gần vùng dẫn của chất bán dẫn là ràng buộc để được điện tử dẫn điện loại n bán dẫn trên, tất cả EF ở gần đầu của vùng hóa trị của các chất bán dẫn là ràng buộc lỗ dẫn thống trị p-loại chất bán dẫn. Tất nhiên, nếu EF là ban nhạc trung ương, tức là, cả hai hãng, tương ứng, chiếm mức vùng dẫn và hóa trị ban nhạc mức năng lượng xác suất bằng nhau, hai tàu sân bay số lượng tàu sân bay sẽ gần như bằng nhau, thì đây phải là các bên trong chất bán dẫn, khi mức Fermi được gọi là mức Fermi nội tại (với EFI cho biết trung tâm dòng Ei với cùng một ban nhạc). ④ Khi hàm phân bố Fermi-Dirac là hệ thống tàu sân bay trong trạng thái cân bằng nhiệt của một phân bố thống kê. Vì vậy, chỉ (nhiệt) tình huống cân bằng trước khi sử dụng chức năng phân phối này, và chỉ sau đó mức Fermi có ý nghĩa. Trong thực tế, hệ thống điện tử Fermi cấp ban đầu là một trạng thái cân bằng nhiệt động lực học nhiệt chức năng – tiềm năng hóa học. Kể từ khi cân bằng nhiệt của toàn bộ hệ thống với một tiềm năng hóa thống nhất, vì vậy hệ thống điện tử toàn bộ, thậm chí hệ thống hybrid phức tạp trong trạng thái cân bằng nhiệt cũng sẽ có một mức Fermi thống nhất. [1] Mức Fermi và mối quan hệ giữa nhiệt độ và doping ① Si và GaAs bán dẫn mức Fermi với doping mối quan hệ tập trung thể hiện trong hình 1. Cho các chất bán dẫn loại n, bởi vì càng có nhiều nhà tài trợ kết hợp, nồng độ của các electron trong vùng dẫn các tàu sân bay dân tộc thiểu số phù hợp hơn – nồng độ của các lỗ nhỏ hơn, mức gần Fermi đến ban nhạc dẫn hơn. Cho lại p-chất bán dẫn loại, nồng độ pha tạp cao hơn, mức Fermi gần vùng hóa trị hơn. Khi nồng độ doping là cao đến một mức độ nhất định, có thể có thậm chí mức Fermi vào vùng dẫn hoặc hóa trị ban nhạc bên trong. ② Si và GaAs bán dẫn phụ thuộc nhiệt độ của mức Fermi cũng được thể hiện trong hình 2. Bởi vì khi nhiệt độ tăng lên đến một mức độ nhất định, không phụ thuộc vào chất bán dẫn loại n hay p-loại chất bán dẫn, chúng được chuyển thành (nhiệt độ cao) của chất bán dẫn bên trong. Như vậy, mức bán dẫn Fermi cũng sẽ được dần dần tăng lên khi nhiệt độ tiếp cận trung tâm ban nhạc. Đó, như nhiệt độ, loại n bán dẫn sẽ được giảm EF, p-chất bán dẫn loại EF sẽ tăng lên. Hơn nữa, trong Hình 1 và hình 2 cũng cho thấy các chất bán dẫn vùng cấm (ví dụ = EC-EV) khi nhiệt độ thay đổi tình trạng. Chất bán dẫn như Si và GaAs với một khe hở của một hệ số nhiệt độ âm.

Tôi muốn nhận xét [Visitor (35.231.*.*) | Đăng nhập ]

Ngôn ngư :

| Kiểm tra mã :