Уровень Ферми. Расположение уровня Ферми в собственных и примесных полупроводниках. Понятие химического и электрохимического потенциала.

Уровень Ферми –это характерное значение энергии, при Т=0К выше которой все уровни свободны, ниже – заняты.

В п/проводниках n-типа ур Ферми находится в верхней части З.З, а в p-типа в нижней части З.З

В собственном п/проводнике ур Ферми расположен вблизи середины З.З

Потенциал Ферми φ=E/q, φT=kT/q – температурный потенциал

Химический потенциал: Xn= φTln (n/ni), Xp= φTln (p/pi) - характеризуют концентрации нз.

φF=φE+ φTln (n/ni)=>ур Ферми явл-ся суммой электростатического и хим потенциалов и наз-ся электрохимический потенциал.

Уровень Ферми одинаков во всех частях равновесной системы, какой бы разнородной она не была.

Температурные зависимости концентрации носителей заряда и уровня Ферми.

Собственный п/п : n=p=ni; Nc=Nv; .Уровень Ферми соответствует такому энергетическому уровню, вероятность заполнения к-ого 1/2.

Все разрешенные энергетические уровни лежащие выше уровня Ферми свободны,вероятность заполнения =0, те которые ниже, вероятность =1.При увеличении количества е-нов при данной Т вызывает пропорциональное уменьшение кол-ва дырок.

При уменьшении T ср энергия фононов мала, по сравнению с энергией ионизации доноров, поэтому лишь часть доноров ионизирована и концентрация е-нов мала. В этой области ур Ферми лежит между З.П и уровнем доноров.

Область 1 и 2 соответств примесной электропроводности

Область 3 – область высоких температур.Энергии здесь достаточно, чтобы перебросить е из В.З в З.П

1)низк Т: с рост Т повыш ионизация и конц е-нов. При T2 ур Ферми совпадает с уровнем доноров

2)Конц Н.З. почти не зависит от Т

3)П/проводник становится собственным и ур Ферми приближается к середине З.З.