Hvorfor er Fermi -energiniveau midtvejs mellem ledningsbånd og valens i halvledere?

Her er en sammenbrud:

1. Intrinsiske halvledere:

* I iboende halvledere er Fermi -niveauet placeret lidt over midten af ​​det forbudte hul , tættere på Valence Band. Dette skyldes, at der er flere elektroner tilgængelige i valensbåndet end i ledningsbåndet på grund af den termiske excitation af elektroner.

2. Ekstrinsiske halvledere:

* N-type halvledere: I N-type halvledere introducerer doping med donor urenheder overskydende elektroner i ledningsbåndet. Dette får Fermi -niveauet til at skifte opad mod ledningsbåndet.

* p-type halvledere: I P-type halvledere skaber doping med acceptor urenheder "huller" i valensbåndet. Disse "huller" fungerer som positive ladninger og kan let acceptere elektroner. Dette får Fermi -niveauet til at skifte nedad Mod Valence Band.

Hvorfor ikke altid i midten?

Fermi -niveauet repræsenterer det energiniveau, hvorpå der er en 50% sandsynlighed for at finde en elektron. Det bestemmes af densiteten af ​​stater (Antallet af tilgængelige energiniveauer) og elektronoptagelsessandsynlighed .

* Densitet af stater: I halvledere er densiteten af ​​stater højere nær valensbåndet, fordi der er flere tilgængelige energiniveauer i Valence Band. Dette bidrager til, at Fermi -niveau er tættere på valensbåndet i iboende halvledere.

* Elektronbesættelsessandsynlighed: Elektronoptagelsessandsynligheden er højere i valensbåndet på grund af den termiske excitation af elektroner fra valensbåndet til ledningsbåndet. Dette bidrager yderligere til, at Fermi -niveau er tættere på valensbåndet.

Sammenfattende er Fermi -energiniveauet i halvledere ikke altid nøjagtigt midtvejs mellem ledningsbåndet og valensbåndet. Dens position er påvirket af typen af ​​halvleder (iboende, N-type eller P-type) og densiteten af ​​tilstande og elektronoptagelsessandsynlighed inden for energibåndene.