Ecco una rottura della sua dipendenza dalla concentrazione di temperatura e impurità:
Dipendenza dalla temperatura:
* Temperatura zero: Ad Absolute Zero (0 K), tutti gli elettroni occupano gli stati energetici più bassi disponibili. Il livello di Fermi è acuto e si trova nella parte superiore degli stati pieni.
* Temperature finite: All'aumentare della temperatura, alcuni elettroni guadagnano energia e si spostano a livelli di energia più elevati. Ciò provoca una leggera sbavatura del livello di Fermi, ma rimane ben definito. Il livello di Fermi si sposta leggermente verso l'alto con la temperatura.
* Distribuzione Fermi-Dirac: La probabilità di trovare un elettrone a un determinato livello di energia è descritta dalla funzione di distribuzione di Fermi-Dirac, che dipende dal livello di energia, dal livello di Fermi e dalla temperatura.
Dipendenza dalla concentrazione di impurità:
* semiconduttori intrinseci: Nei semiconduttori puri, il livello di Fermi si trova al centro del divario di banda.
* Doping: Il doping con impurità crea ulteriori livelli di energia all'interno del divario di banda.
* Doping di tipo N: Le impurità dei donatori (ad es. Fosforo in silicio) introducono elettroni extra, spostando il livello Fermi verso l'alto verso la banda di conduzione.
* Doping di tipo p: Le impurità dell'accettore (ad es. Boron in silicio) creano "buchi" (elettroni mancanti), spostando il livello Fermi verso il basso verso la banda di valenza.
Punti chiave:
* Il livello di fermi non è un livello di energia: Il livello di Fermi non è il livello di energia di qualsiasi elettrone specifico. È un concetto astratto che rappresenta l'energia in cui la probabilità di trovare un elettrone è del 50%.
* Maiusc nel livello di Fermi: Il livello di Fermi può spostarsi a seconda della concentrazione di temperatura e impurità. Questo spostamento influenza significativamente la conduttività elettrica del materiale.
* La concentrazione di temperatura e impurità è interdipendente: L'influenza della temperatura e della concentrazione di impurità a livello di fermi non è del tutto indipendente. Ad esempio, il doping può cambiare la conduttività termica del materiale, influenzando così il comportamento dipendente dalla temperatura del livello Fermi.
Applicazioni:
Comprendere la dipendenza del livello di Fermi dalla temperatura e dalla concentrazione di impurità è cruciale per:
* Design del dispositivo a semiconduttore: Consente un controllo preciso della conducibilità elettrica e della concentrazione del vettore.
* Caratterizzazione del materiale: La misurazione del livello Fermi fornisce informazioni sulle proprietà del materiale.
* Comprensione della struttura della banda: La posizione del livello Fermi all'interno della struttura della banda determina il comportamento del materiale come conduttore, isolante o semiconduttore.
In conclusione, il livello Fermi è una proprietà dinamica che riflette la distribuzione di energia sottostante degli elettroni in un materiale. La sua dipendenza dalla concentrazione di temperatura e impurità svolge un ruolo vitale nel determinare le caratteristiche elettriche e termiche del materiale.
