페르미-디랙 함수는 주어진 온도에서 에너지 상태가 전자에 의해 점유될 확률을 나타내는 S자형 곡선으로 표시됩니다. 페르미 준위는 전자를 찾을 확률이 50%인 에너지 준위로 낮은 에너지 가전자대와 높은 에너지 전도대 사이에 위치합니다.
절대 영도에서 전자는 페르미 준위까지 모든 에너지 상태를 채우고 상위 상태는 비워 둡니다. 온도가 상승함에 따라 전자의 에너지가 증가하고 페르미 준위 이상의 빈 상태를 차지할 수 있게 됩니다.
전자와 정공의 농도가 동일한 진성 반도체에서는 페르미 준위가 띠틈의 중간에 위치합니다. 이는 n형 또는 p형 반도체를 생성하기 위해 불순물을 추가하면 변경됩니다. n형 반도체에서는 전자가 과잉되면 페르미 준위가 전도대로 이동합니다. 반대로 정공 농도가 높은 p형 반도체에서는 페르미 준위가 가전자대에 더 가까워집니다.
온도가 상승하면 더 많은 수의 전자가 가전자대에서 전도대로 도약하고, 그 과정에서 페르미 준위가 전도대로 이동하게 됩니다. 이러한 변화는 반도체의 전도도에 영향을 미칩니다.
페르미 준위가 서로 다른 물질이 접촉하면 전자는 페르미 준위가 높은 곳에서 낮은 곳으로 흐릅니다. 전자의 움직임은 접합부에서 페르미 준위를 정렬하여 평형을 형성합니다. 이 개념은 수많은 전자 부품의 작동에 중요한 역할을 하며 전기 전도성과 전자 장치의 성능을 조절하고 조정할 수 있습니다.
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