费米能级
就一个由费米子组成的微观体系而言,每个费米子都处在各自的量子能态上。现在假想 把所有的费米子 从这些量子态上移开。之后再把这些费米子按照一定的规则(例如泡利原理等)填充在各个可供占据的量子能态上,并且这种填充过程中每个费米子都占据 最低的可供占据的 量子态。最后一个费米子占据着的量子态 即可粗略理解为 费米能级。
费米子可以是电子、质子、中子
对于金属,电子的最高占据能级就是费米能级。
费米能级的物理意义是,该能级上的一个状态被电子占据的几率是1/2。
准费米能级
电子准费米能级和空穴准费米能级:当外界的影响破坏了热平衡,使半导体处于非平衡状态,就不再存在统一的费米能级,因为前面讲的费米能级和统计分布函数都是指的热平衡状态。事实上,电子系统的热平衡状态使通过热跃迁实现的。在一个能带范围内,热跃迁十分频繁,极短时间内就能导致一个能带内的热平衡。然而,电子在两个能带之间,例如导带和价带之间的热跃迁就稀少得多,因为中间还隔着禁带。
当半导体得平衡态遭到破坏而存在非平衡载流子时,由于上述原因,可以认为,分别就价带和导带中得电子将,它们各自基本上处于平衡态,而导带和价带之间处于不平衡状态。因而费米能级和统计分布函数对导带和价带各自仍然是适用的,可以分别引入导带费米能级和价带费米能级,它们都是局部的费米能级,称为“准费米能级”。导带和价带间的不平衡就表现在它们的准费米能级是不重合的。导带的准费米能级也称电子准费米能级,相应地,价带地准费米能级称为空穴准费米能级,分别用Enf(上n,下f,脚标) 和Epf 表示。
非平衡载状态下地载流子浓度公式与平衡载流子浓度类似,只是用准费米能级代替费米能级在平衡载流子浓度公式中地位置。
准费米能级具有与费米能级类似地功能,即标准着载流子填充能带地水平。在非平衡状态状态下,若电子浓度比平衡状态时大,则电子准费米能级高于平衡状态时的费米能级,同理,如果空穴浓度比平衡状态时大,则空穴费米能级比平衡状态时的费米能级更接近价带顶。准费米能级偏离费米能级的大小,亦即反映了必定偏离热平衡状态的程度。它们偏离越大,说明不平衡情况越显著;两者靠得越近平衡态;两者重合时,形成统一的费米能级,半导体处于平衡态。因此引进准费米能级,可以更形象地了解非平衡态地情况。
注意:小注入情况下,非平衡少数载流子的准费米能级偏离费米能级的距离越大,而非平衡多数载流子的准费米能级偏离费米能级的距离越小,在画非平衡能带图时应考虑它们的差异。
在半导体中,费米能级能体现出参杂浓度,本征费米能级就是无掺杂和缺陷的半导体(本征半导体)费米能级。但是不同学科对费米能级的理解解释的侧重点不同。
是量子态基本上被电子占据或基本上是空的一个标志。
费米能级:
就一个由费米子组成的微观体系而言,每个费米子都处在各自的量子能态上。现在假想 把所有的费米子 从这些量子态上移开。之后再把这些费米子按照一定的规则(例如泡利原理等)填充在各个可供占据的量子能态上,并且这种填充过程中每个费米子都占据 最低的可供占据的量子态。最后一个费米子占据着的量子态即可粗略理解为费米能级。
费米子可以是电子、质子、中子 。
对于金属,电子的最高占据能级就是费米能级。