Dynamik des Fermi-Niveaus

Das Vakuumniveau stellt die Energieschwelle dar, ab der ein Elektron aus der Oberfläche eines Materials entweichen kann. Es liegt typischerweise über dem Leitungsband eines Halbleiters und dient als Referenz für Elektronenenergien.

Bei Halbleitern ist die Elektronenaffinität die Energielücke zwischen dem Minimum des Leitungsbandes und dem Vakuumniveau.

Die Arbeitsfunktion ist die minimale Energie, die benötigt wird, um ein Elektron vom Fermi-Niveau auf das Vakuumniveau freizusetzen, und ist materialabhängig.

Metalle weisen aufgrund ihrer dichten Fermi-Pegelzustände hohe Arbeitsfunktionen von etwa 2 bis 5 eV auf.

Halbleiter weisen variable Arbeitsfunktionen auf, wenn sich ihre Fermi-Spiegel ändern, beeinflusst durch Dotierung und Temperatur.

Ein Metall und ein Halbleiter, die sich berühren, erreichen ein Gleichgewicht, wodurch ein kontinuierliches Vakuumniveau über die Verbindungsstelle entsteht.

Gleichzeitig setzt sich der Ladungstransfer fort, bis sich die Fermi-Niveaus angleichen, was zu einer Biegung des Energiebandes im Halbleiter führt und eine Schottky-Barriere bildet.

Die Barrierehöhe des Übergangs wird durch die Arbeitsfunktion des Metalls und die Elektronenaffinität des Halbleiters bestimmt.