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ielts_toefl木虫 (小有名气)
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有追赏-温度升高使本征半导体的激发加剧，为什么费米能级不变？ 已有1人参与
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| 温度升高使本征半导体的激发加剧，为什么费米能级仍然位于禁带中的正中间的位置，为什么不能是禁带中的偏上位置(近导带)，为什么不能是禁带中的偏上位置(近价带)？ 换一个问法，为什么 处于1K的本征半导体 和 处于100K的本征半导体的 费米能级都在禁带的正中间 刚刚好 不上一点也不下一点？ |
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ielts_toefl: 金币+5, ★★★★★最佳答案, 非常感谢伽鲁特 2016-07-19 09:10:46
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ielts_toefl: 金币+5, ★★★★★最佳答案, 非常感谢伽鲁特 2016-07-19 09:10:46
同学，我觉得你善于思考是好事，但我觉得你看书不细致，这个问题书上明明是有写的，本征费米能级并不是固定在禁带二分之一处，它会随温度变化而变化，不同材料也不一样，只是说si恰好是在非常接近禁带二分之一处的位置，如图 发自小木虫IOS客户端 |
9楼2016-07-17 23:51:46
ielts_toefl
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yeqiu1990
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ielts_toefl: 金币+5, ★★★很有帮助, 非常感谢，你说的非常非常非常的好，从固体物理、半导体物理书上摘图也很辛苦。 2016-07-17 12:49:16
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首先应该明确一点费米能级是从金属中的自由电子而来，定义为在0k时自由电子所填充的最高能量的位置。亦即电子占据的最高能级就是费米能级。 但是推广到半导体与绝缘体中就有些许的变化了。在半导体理论中，费米能级由费米分布函数（即电子态被电子占据的概率）决定。如下图1公式所示，由公式可以发现T=0K时（图2），高于Ef的占据概率为1，低于Ef的占据概率为0，于是费米能级就界定了电子态是否被占据，高于Ef的为空，低于Ef的全被占据（！！！但不能像金属中说成是最高占据态就是费米能级）。那么Ef具体到底在什么位置呢？当T大于0K时（图3），我们可以清晰的看到答案：费米能级是电子占据概率为1/2的能级！！！这个结论虽然是在大于0K时得到，但定义其在0K时也成立，由此可以推出0K时Ef位于禁带中间位置（因为0K价带（顶）全满，占据概率为1；导带（底）为空，占据概率为0，自然1/2占据概率处位于二者中间）。当T大于0K时，由于本征激发而产生出了电子-空穴对，但由于导带中增加的电子数等于价带中减少的电子数，则禁带中央的能级仍然是占据几率为50%，所以本征半导体的Fermi能级的位置不随温度而变化，始终位于禁带中央（参考图3中给的插图3-3）。  图1  图2  图3 |
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ielts_toefl
4楼2016-07-17 10:12:51
yeqiu1990
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5楼2016-07-17 10:15:51
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我表示非常感谢，虽然你说的非常非常非常的好，从固体物理、半导体物理书上摘图也十分的辛苦，而且你前后内容很有条理，但是，我对于其中的一个知识的逻辑，还心存疑问：从图1费米函数定义式f(E)=（公式太长，略）可知，Ef是费米分布函数(电子占据概率)=1/2，下面根据温度T分情况讨论，你讲了T=0K时,Ef在导带和价带的正中间（这点我认可），当T不再等于0，T>0时（即有本征激发而产生出了电子-空穴对，导带中增加的电子数等于价带中减少的电子数，我也认可这点），我想不明白怎么就由“由于导带中增加的电子数等于价带中减少的电子数” 推得→ “则禁带中央的能级仍然是占据几率为50%”？送你一朵小红花... |
6楼2016-07-17 13:04:37
ielts_toefl
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7楼2016-07-17 13:05:22
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8楼2016-07-17 13:34:01
