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7/2等的共振粒子也是费米子

发布时间:2019-11-08    浏览次数:

  虽然严酷来说,费米能级等于费米子系统正在趋于绝对零度时的化学势;可是正在半导体物理和电子学范畴中,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寄义能够从上下语境中判断。

  对于p型半导体,由于价带中有较多的空穴(大都载流子),则Fermi能级EF正在价带顶(EV)之上、并必将接近EV;这时,价带中越是接近EF的的能级,就被空穴占领的几率越大;同时,掺入受从的杂质浓度越高,Fermi能级就越接近价带顶。

  ④因为Fermi-Dirac分布函数是载流子系统处于热均衡形态下的一种统计分布纪律。因而,也只要正在(热)均衡环境下才可采用此分布函数,而且也只要正在这时Fermi能级才成心义。现实上,Fermi能级本来就是热均衡电子系统的一个热力学函数——化学势。因为正在热均衡形态下整个系统具有同一的化学势,因而整个电子系统、即便是复杂的夹杂系统,正在热均衡时也必将具有同一的一条Fermi能级。

  ①正在半导体中,因为Fermi能级(化学势)不是实正的能级,即不必然是答应的单电子能级(即不必然是公有化形态的能量),所以它能够像形态的能级一样,能够处于能带的任何,当然也能够处于禁带之中。

  正在温度不很高时,EF以上的能级根基上是空着的(例如,导带就是如斯,此中的电子很少),EF以下的能级根基上是被电子填满了的(例如,价带就填满了价电子,此中的空穴很少);正在EF以上、并越接近EF(即E-EF越小)的能级,被电子所占领的几率就越大。对于n型半导体,由于导带中有较多的电子(大都载流子),则Fermi能级EF必将接近导带底(EC);同时,掺入施从杂质的浓度越高,Fermi能级就越接近导带底。

  温度为绝对零度时固体能带中充满电子的最高能级。常用EF暗示。对于固体试样,因为实空能级取概况环境相关,易改变,所以用该能级做为参考能级。电子连系能就是指电子所正在能级取费米能级的能量差。

  对于金属,绝对零度下,电子占领的最高能级就是费米能级。费米能级的物理意义是,该能级上的一个形态被电子占领的几率是1/2。正在半导体物理中,费米能级是个很主要的物理参数,只需晓得了它的数值,正在必然温度下,电子正在各量子态上的统计分布就完全确定了。

  对于绝缘体和半导体,Fermi能级则处于禁带两头。出格是本征半导体和绝缘体,由于它们的价带是填满了价电子(占领几率为100%)、导带是完全空着的(占领几率为0%),则它们的Fermi能级正好位于禁带地方(占领几率为50%)。即便温度升高时,本征激发而发生出了电子-空穴对,但因为导带中添加的电子数等于价带中削减的电子数,则禁带地方的能级仍然是占领几率为50%,所以本征半导体的Fermi能级的不随温度而变化,一直位于禁带地方。

  ②Fermi能级现实上起到了权衡能级被电子占领的几率大小的一个尺度的感化。正在EEF时,f(E) 1/2;正在EEF时,f(E) 1/2;正在E=EF时,f(E)=1/2。譬如,当(E–EF) 5kT时,f(E) 0.007,即比EF高5kT的能级被电子占领的几率只要0.7%。因而,EF的凹凸()就反映了能带中的某个能级能否被电子所占领的环境。Fermi能级上电子占领的几率刚好为50%。

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  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拔取相关。n型半导体费米能级接近导带边,过高会进入导带。p型半导体费米能级接近价带边,过高会进入价带。将半导体中大量电子的集体当作一个热力学系统,能够证明处于热均衡形态下的电子系统有同一的费米能级。

  现正在设想 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必然的法则(例如泡利道理等)填充正在各个可供占领的量子能态上,而且这种填充过程中每个费米子都占领 最低的可供占领的量子态。最初一个费米子占领着的量子态 即可粗略理解为费米能级。

  做为Fermi-Dirac分布函数中一个主要参量的Fermi能级EF,具有决定整个系统能量以及载流子分布的主要感化。

  自旋为半整数的粒子。好比电子、质子、中子等以及其反粒子。正在一组由全同粒子构成的系统中,若是正在系统的一个量子态(即由一套量子数所确定的微不雅形态)上只容许容纳一个粒子,这种粒子称为费米子。或者说自旋为半整数(1/2,3/2…)的粒子统称为费米子,从命费米-狄拉克统计。费米子满脚泡利不相容道理,即不克不及两个以上的费米子呈现正在不异的量子态中。轻子,核子和超子的自旋都是1/2,因此都是费米子。自旋为3/2,5/2,7/2等的共振粒子也是费米子。中子、质子都是由三种夸克构成,自旋为1/2。奇数个核子构成的原子核。由于中子、质子都是费米子,故奇数个核子构成的原子核自旋是半整数。

  ③上述分布函数f(E)是指电子占领能带(导带)中某个能级的几率(电子的能量越往上越高)。若是是会商空穴载流子的话(空穴的能量越往下越高),那么就该当是响应于价带中某个能级所空出(即没有被电子占领)的几率。

  总之,凡是EF接近导带底的半导体必将是电子导电为从的n型半导体,凡是EF接近价带顶的半导体必将是空穴导电为从的p型半导体。当然,若是EF处于禁带地方,即两种载流子别离占领导带能级和价带能级的几率相等,则两种载流子的数量也就差不多相等,那么这就必然是本征半导体,这时的Fermi能级特称为本征Fermi能级(用EFi暗示,取禁带地方线Ei分歧)。



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