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10.10 : フェルミ準位

フェルミ・ディラック分布関数は、特定の温度で電子が占めるエネルギー状態の確率を示す S 字型の曲線で表されます。フェルミ準位は、電子が見つかる確率が 50% のエネルギー準位で、低エネルギー価電子帯と高エネルギー伝導帯の間にあります。

絶対零度では、電子はフェルミ準位までのすべてのエネルギー状態を満たし、上位の状態は空のままです。温度が上昇すると、電子のエネルギーが増加し、フェルミ準位より上の空の状態を占有できるようになります。

電子と正孔の濃度が等しい真性半導体では、フェルミ準位はバンドギャップの中央にあります。不純物を追加して n 型または p 型の半導体を作成すると、この状態は変化します。電子が過剰である n 型半導体では、フェルミ準位は伝導帯に近づきます。逆に、正孔の濃度が高い p 型半導体では、フェルミ準位は価電子帯に近づきます。

温度が上昇すると、価電子帯から伝導帯に移動する電子の数が増え、その過程でフェルミ準位が伝導帯に近づきます。この変化は半導体の伝導性に影響します。

フェルミ準位に異なる材料が接触すると、電子はフェルミ準位の高い領域から低い領域に流れます。電子の動きによって接合部のフェルミ準位が整列し、平衡が確立されます。この概念は、多数の電子部品の動作において重要な役割を果たし、電気伝導性と電子機器の性能の調整を可能にします。

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Fermi LevelFermi Dirac FunctionEnergy StatesElectron ProbabilityValence BandConduction BandIntrinsic SemiconductorsN type SemiconductorsP type SemiconductorsBand GapConductivityElectron FlowElectronic ComponentsElectrical Conductivity

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