Определение положения уровня Ферми

Для случая равенства эффективных масс m_n^* = m_p^* энергия Ферми в собственном полупроводнике находится посреди запрещенной зоны F = (E_C + E_V)/2.

Положение уровня Ферми зависит от того, какие другие величины заданы. Если известны концентрации носителей заряда в зонах n и p, то значение F можно определить например, для невырожденного полупроводника n‑типа:

. (4.13)

Аналогично для невырожденного полупроводника p‑типа

. (4.14)

Из выражений (4.13 и 4.14) видно, что чем больше концентрация основных носителей, тем ближе уровень Ферми к краю соответствующей зоны. Для донорного полупроводника n₀ = N_D (4.10), тогда

. (4.15)

Для акцепторного полупроводника p₀ = N_A (4.12), тогда

. (4.16)

Наивысший уровень энергии Е_Fn, до которого электроны плотно заполняют зону проводимости, называется уровнем Ферми для электронов проводимости. Чем больше электронов попало в зону проводимости, тем выше расположен уровень Ферми Е_Fn .

Уровень Ферми для дырок Е_Fp расположен в валентной зоне и с увеличением числа дырок опускается вниз