Livello Fermi

La funzione di Fermi-Dirac, rappresentata da una curva sigmoidea, indica la probabilità che uno stato energetico sia occupato da un elettrone ad una data temperatura.

Il livello di Fermi rappresenta lo stato energetico con una probabilità di occupazione del 50% e si trova tra le bande di valenza e conduzione.

Allo zero assoluto, gli stati energetici fino al livello di Fermi sono riempiti, mentre quelli superiori sono vuoti. A temperature più elevate, gli stati al di sopra del livello di Fermi possono essere riempiti.

Nei semiconduttori intrinseci, concentrazioni uguali di lacune ed elettroni implicano che il livello di Fermi si trovi al centro della banda proibita.

Nei semiconduttori di tipo n, una maggiore concentrazione di elettroni sposta il livello di Fermi vicino alla banda di conduzione.

Nei semiconduttori di tipo p, il livello di Fermi si trova vicino alla banda di valenza, a causa di una maggiore concentrazione di lacune.

All'aumentare della temperatura, più elettroni passano dalla banda di valenza a quella di conduzione, spostando il livello di Fermi più vicino alla banda di conduzione.

Quando materiali con diversi livelli di Fermi si connettono, gli elettroni fluiscono dal livello di Fermi più alto a quello più basso per allineare i livelli di Fermi alla giunzione per stabilire l'equilibrio.