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[交流]
費(fèi)米能級在半導(dǎo)體物理中的概念和意義 已有21人參與
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| 目前對半導(dǎo)體物理中費(fèi)米能級的定義不是很清楚，各種資料對其定義也很多樣，求助在半導(dǎo)體方面，費(fèi)米能級的主要意義和功能！ |
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費(fèi)米能級 就一個(gè)由費(fèi)米子組成的微觀體系而言，每個(gè)費(fèi)米子都處在各自的量子能態(tài)上�，F(xiàn)在假想 把所有的費(fèi)米子 從這些量子態(tài)上移開。之后再把這些費(fèi)米子按照一定的規(guī)則（例如泡利原理等）填充在各個(gè)可供占據(jù)的量子能態(tài)上，并且這種填充過程中每個(gè)費(fèi)米子都占據(jù) 最低的可供占據(jù)的量子態(tài)。最后一個(gè)費(fèi)米子占據(jù)著的量子態(tài) 即可粗略理解為費(fèi)米能級。 雖然嚴(yán)格來說，費(fèi)米能等于費(fèi)米子系統(tǒng)在趨于絕對零度時(shí)的化學(xué)勢；但是在半導(dǎo)體物理和電子學(xué)領(lǐng)域中，費(fèi)米能級則經(jīng)常被當(dāng)做電子或空穴化學(xué)勢的代名詞。一般來說，“費(fèi)米能級"這個(gè)術(shù)語所代表的含義可以從上下語境中判斷。 費(fèi)米子可以是電子、質(zhì)子、中子（自旋為半整數(shù)的粒子） 對于金屬，絕對零度下，電子占據(jù)的最高能級就是費(fèi)米能級。 費(fèi)米能級的物理意義是，該能級上的一個(gè)狀態(tài)被電子占據(jù)的幾率是1/2。 費(fèi)米能級在半導(dǎo)體物理中是個(gè)很重要的物理參數(shù)，只要知道了他的數(shù)值，在一定溫度下，電子在各量子態(tài)上的統(tǒng)計(jì)分布就完全確定了。它和溫度，半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電類型，雜質(zhì)的含量以及能量零點(diǎn)的選取有關(guān)。 將半導(dǎo)體中大量電子的集體看成一個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)，可以證明處于熱平衡狀態(tài)下的電子系統(tǒng)有統(tǒng)一的費(fèi)米能級。 1. 費(fèi)米能級不是一個(gè)真正存在的能級。它只是用于衡量一個(gè)系統(tǒng)的能級水平。 2. 對于一個(gè)系統(tǒng)來說，處處的費(fèi)米能級相同。對于兩個(gè)系統(tǒng)合并成為一個(gè)系統(tǒng)，則費(fèi)米能級也會趨于處處相同（會有凈電荷的流動）。- 3. 費(fèi)米能級描述了各個(gè)能級上電子分布的概率。 4. 費(fèi)米能級隨著溫度和摻雜濃度而變化。具體來說如下： a. 對于N型半導(dǎo)體費(fèi)米能級在禁帶中央以上；摻雜濃度越大，費(fèi)米能級離禁帶中央越遠(yuǎn)，越靠近導(dǎo)帶底部 b. 對于P型半導(dǎo)體費(fèi)米能級在禁帶中央以下；摻雜濃度越大，費(fèi)米能級離禁帶中央越遠(yuǎn)，越靠近價(jià)帶頂部 |
9樓2011-11-04 10:27:19
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在固體物理學(xué)中，F(xiàn)ermi能量(Fermi energy)是表示在無相互作用的Fermi粒子的體系中加入一個(gè)粒子所引起的基態(tài)能量的最小可能增量；也就是在絕對零度時(shí)，處于基態(tài)的Fermi粒子體系的化學(xué)勢，或者是處于基態(tài)的單個(gè)Fermi粒子所具有的最大能量——Fermi粒子所占據(jù)的最高能級的能量。 對于絕緣體和半導(dǎo)體，F(xiàn)ermi能級則處于禁帶中間。特別是本征半導(dǎo)體和絕緣體，因?yàn)樗鼈兊牡膬r(jià)帶是填滿了價(jià)電子（占據(jù)幾率為100%）、導(dǎo)帶是完全空著的（占據(jù)幾率為0%），則它們的Fermi能級正好位于禁帶中央（占據(jù)幾率為50%）。即使溫度升高時(shí)，本征激發(fā)而產(chǎn)生出了電子-空穴對，但由于導(dǎo)帶中增加的電子數(shù)等于價(jià)帶中減少的電子數(shù)，則禁帶中央的能級仍然是占據(jù)幾率為50%，所以本征半導(dǎo)體的Fermi能級的位置不隨溫度而變化，始終位于禁帶中央。 |
15樓2011-11-10 20:03:46
。 3樓2011-11-03 13:33:35
7樓2011-11-04 00:20:39
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