Hva ' er forskjellen mellom Fermi Energy og Fermi Level?

Hvis du vurderer et typisk metall det høyeste energibåndet (dvs. ledningsbåndet) er delvis fylt. Ledningsbåndet er effektivt kontinuerlig, slik at termisk energi kan begeistre elektroner i dette båndet, og etterlater hull lavere i båndet.

Ved absolutt null er det ingen termisk energi, så elektroner fyller båndet fra bunnen og der er en skarp avskjæring på det høyeste okkuperte energinivået. Denne energien definerer Fermi-energien.

Ved endelige temperaturer er det ikke noe skarpt definert mest energiske elektron fordi termisk energi er kontinuerlig spennende elektroner i båndet. Det beste du kan gjøre er å definere energinivået med 50% sannsynlighet for okkupasjon, og dette er Fermi-nivået.

Kommentarer

• Så, I utgangspunktet betyr dette at Fermi-energien er noe på $ T = 0K $ og Fermi-nivået er noe på $ T > 0 K $ 🙂 Er det noen nyttige konklusjoner eller utsagn jeg får når jeg vet. f.eks. Fermi-energien og Fermi-nivået til et metall?

Det kommer an på hvem du spør.

Hvis du spør noen med solid-state fysikkbakgrunn, vil de sannsynligvis svare i tråd med Colin McFaul eller John Rennie: fermi-nivået er det samme som kjemisk potensial (eller kanskje man skal si «elektrokjemisk potensial» ), dvs. energien der en tilstand har 50% sjanse for å bli okkupert, mens fermi-energien er fermi-nivået ved absolutt null.

Hvis du spør noen med halvlederteknisk bakgrunn, vil de sannsynligvis gi samme definisjon av «fermi-nivå», men de vil si at «fermi-energi» betyr nøyaktig det samme som fermi-nivå. (Det åpenbare spørsmålet er: «Hvilket begrep vil en halvlederingeniør bruke for å beskrive fermi-nivået ved absolutt null? Svaret er at de kaller det» fermi-nivået ved absolutt null «!)

Fermi-energien er som du beskriver: den er det høyeste okkuperte nivået ved absolutt null. Fermi-nivået er det kjemiske potensialet. Det er energinivået med 50% sjanse for å bli okkupert ved endelig temperatur T. Fermi-energien avhenger ikke av temperaturen; Fermi-nivået avhenger av temperaturen.

Kommentarer

• Fermi-nivået er IKKE nødvendigvis høyere enn fermi-energi. Det er høyere hvis tettheten av tilstander er en økende funksjon av energi, eller lavere hvis tettheten av stater er en avtagende funksjon av energi. (Jeg har kanskje fått det bakover.)
• Det er veldig interessant å lære! Jeg antok bare at Fermi-nivået alltid ville være større enn eller lik Fermi-energien (til og med feil skrevet wh kl. mente jeg). Jeg kunne ikke finne noen klar uttalelse av denne muligheten i noen av bøkene mine, så jeg vil ta ordet ditt for det. Det virker veldig rart; har du noen referanse til et system der Fermi-nivået er lavere enn Fermi-energien?
• Ta et lite båndgap makroskopisk rent halvlederkrystall med bare to n-type dopemiddelatomer og ett p-type dopemiddelatom . Ved romtemperatur er fermi-nivået nesten nøyaktig i midten av båndgapet – dopantatomer er irrelevante. Ved absolutt null er fermi-nivået (dvs. fermi-energi) på n-typen urenhetsnivå nær ledningsbåndets minimum, dvs. høyere. Du kan bytte bokstavene " n " og " p " for å få en situasjon der fermi-energien er lavere.
• Er det også sant at dopingkonsentrasjon vil endre både Fermi-nivå og Fermi-energi til en dopet halvleder?
• Fermi-nivået, eller det kjemiske potensialet, er faktisk lavere enn Fermi-energien for ethvert system der tettheten av tilstander øker med energi – for eksempel elektroner i et metall ved ikke-null temperatur – så Steve Byrnes hadde det faktisk baklengs i den første kommentaren. Referanse: Schroeder, Thermal Physics, Fig. 7.14.

Fermi-nivå som en tilstand med 50% sjansen for å bli okkupert av et elektron for den gitte temperaturen til det faste stoffet og ved absolutt null temperatur er 100%.

Fermi-energi er den tilsvarende energien til Fermi-nivå.

Fermi-energi er forskjell på energier med høyest og lavest okkupert enkelttilstandspartikkel. Men Fermi-nivå er summen av total energi til en partikkel (dvs. summen av kinetiske og potensielle energier.