10.10
Die Fermi-Dirac-Funktion, dargestellt durch eine Sigmoidkurve, gibt die Wahrscheinlichkeit an, dass ein Energiezustand bei einer bestimmten Temperatur von einem Elektron besetzt wird.
Das Fermi-Niveau stellt den Energiezustand mit einer Belegungswahrscheinlichkeit von 50 Prozent dar und liegt zwischen dem Valenz- und dem Leitungsband.
Am absoluten Nullpunkt sind die Energiezustände bis zum Fermi-Niveau gefüllt, während die darüber liegenden leer sind. Bei höheren Temperaturen können Zustände oberhalb des Fermi-Niveaus gefüllt werden.
In intrinsischen Halbleitern bedeuten gleiche Konzentrationen von Löchern und Elektronen, dass das Fermi-Niveau in der Mitte der Bandlücke liegt.
In n-Typ-Halbleitern verschiebt eine höhere Elektronenkonzentration das Fermi-Niveau in die Nähe des Leitungsbandes.
In p-Typ-Halbleitern liegt das Fermi-Niveau aufgrund einer höheren Lochkonzentration in der Nähe des Valenzbandes.
Mit steigender Temperatur gehen mehr Elektronen vom Valenz- in das Leitungsband über, wodurch das Fermi-Niveau näher an das Leitungsband heranrückt.
Wenn sich Materialien mit unterschiedlichen Fermi-Niveaus verbinden, fließen Elektronen vom höheren Fermi-Niveau zum niedrigeren, um die Fermi-Niveaus an der Verbindungsstelle auszurichten und ein Gleichgewicht herzustellen.
Die Fermi-Dirac-Funktion wird durch eine S-förmige Kurve dargestellt, die die Wahrscheinlichkeit angibt, dass ein Energiezustand bei einer bestimmten…
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