金属和半导体的功函数是如何定义的?半导体的功函数与哪些因素有关

金属和半导体的功函数是如何定义的?半导体的功函数与哪些因素有关,第1张

把一个电子从固体内部刚刚移到此物体表面所需的最少的能量。功函数的大小通常大概是金属自由原子电离能的二分之一。同样地将真空中静止电子的能量与半导体费米能级的能量之差定义为半导体的功函数。功函数的单位:电子伏特,eV功函数(work function)又称功函、逸出功,在固体物理中被定义成:把一个电子从固体内部刚刚移到此物体表面所需的最少的能量。 真空能级:电子达到该能级时完全自由而不受核的作用。 功函数:真空能级与费米能级之差。

费米分布函数,就是那个抛物线的图像,F(E)=1/[1+exp((E-Ef)/kt)]

这是一个概率分布,当能量为跟Ef一样的时候,刚好就是分布概率为二分之一,所以你知道E就好了,但是导带和价带是不一样的,你最好还是看看书吧说起来很复杂.

费米能级Ef

就一个由费米子组成的微观体系而言,每个费米子都处在各自的量子能态上.现在假想 把所有的费米子 从这些量子态上移开.之后再把这些费米子按照一定的规则(例如泡利原理等)填充在各个可供占据的量子能态上,并且这种填充过程中每个费米子都占据 最低的可供占据的量子态.最后一个费米子占据着的量子态 即可粗略理解为费米能级.虽然严格来说,费米能等于费米子系统在趋于绝对零度时的化学势;但是在半导体物理和电子学领域中,费米能级则经常被当做电子或空穴化学势的代名词.一般来说,“费米能级"这个术语所代表的含义可以从上下语境中判断.

费米子可以是电子、质子、中子(自旋为半整数的粒子)

对于金属,绝对零度下,电子占据的最高能级就是费米能级.

费米能级的物理意义是,该能级上的一个状态被电子占据的几率是1/2.

费米能级在半导体物理中是个很重要的物理参数,只要知道了它的数值,在一定温度下,电子在各量子态上的统计分布就完全确定了.它和温度,半导体材料的导电类型,杂质的含量以及能量零点的选取有关.

n型半导体费米能级靠近导带边,过高掺杂会进入导带.p型半导体费米能级靠近价带边,过高掺杂会进入价带.

将半导体中大量电子的集体看成一个热力学系统,可以证明处于热平衡状态下的电子系统有统一的费米能级.


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