为什么半导体的费米能级比金属高

半导体费米更加活跃。半导体在集成电路、消费电子、通信系统、光伏发电、照明、大功率电源转换等领域都有应用，如二极管就是采用半导体制作的器件。半导体的费米能级比金属高，是因为半导体的费米更加活跃。通常导体材料中电子的费米波长为35nm，金属材料其尺寸小于2nm。费米波长，即费米面附近的德布罗意波长，说的通俗一点，费米面就是固体中运动状态满足一定条件的电子的集合。

n型半导体费米能级随温度变化曲线：载流子数目可以用费米-狄拉克函数描述，从该函数可以看到，载流子数目取决于费米能级位置（可通过掺杂调控）和温度。温度升高后，载流子数目升高。

费米衡量电子占有能级的几率问题，在其下几率大于二分之一，其上小于二分之一。费米能级由材料决定，掺杂为p型，费米靠近价带，n型相反。费米影响功函数，费米大，功函数小，则电流注入效率高。

物理意义

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概率是1/2。在半导体物理中，费米能级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。

①Si和GaAs半导体的Fermi能级与掺杂浓度的关系见图1 。

对于n型半导体，因为掺入的施主越多，导带电子的浓度就越大，相应地少数载流子——空穴的浓度就越小，则Fermi能级也就越靠近导带底。对于p型半导体亦然，掺杂浓度越高，Fermi能级就越靠近价带顶。当掺杂浓度高到一定程度时，甚至Fermi能级还有可能进入到导带或者价带内部。

②Si和GaAs半导体的Fermi能级与温度的关系亦见图2 。

因为当温度升高到一定程度时，不管是n型半导体还是p型半导体，它们都将转变成为（高温）本征半导体。从而，半导体中Fermi能级也将是随着温度的升高而逐渐趋近于禁带中央。即随着温度的升高，n型半导体的EF将降低，p型半导体的EF将上升。

此外，在图1和图2中也示出了半导体的禁带宽度（Eg=EC－EV）随着温度的变化状况。Si和GaAs等半导体的禁带宽度具有负的温度系数。

---