Уровень Ферми
Проводимость полупроводников n-типа выше, чем материалов с собственной проводимостью, так как энергия ионизации доноров меньше ширины запрещенной зоны, и при термическом возбуждении электроны легче переходят в зону проводимости. Аналогично в материалах р-типа дырки легче попадают в валентную зону.
Для наглядного объяснения этого явления введено понятие уровня Ферми (рис. 7.3). Уровень Ферми представляет собой условный уровень энергии в запрещенной зоне, с которого возбуждаются основные носители (электроны в Материалах n-типа и дырки в материалах р-типа). Вероятность возбуждения пропорциональна ехр [-eφ/(kT)], где е - заряд электрона и дырки, е = 1,6×10-19 Кл; φ - разность потенциалов между уровнем Ферми и валентной зоной или зоной проводимости соответственно.
Рис. 7.3. Уровень Ферми в полупроводниках (показан пунктиром). Беспримесный полупроводник (а), примесь n-типа (б), примесь р-типа (в)
Следует отметить, что электроны возбуждаются «вверх» в зону проводимости, а дырки - «вниз» в валентную зону. На энергетической диаграмме потенциальная энергия возрастает вверх для электронов и вниз для дырок.
