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小木虫论坛-学术科研互动平台 » 材料区 » 功能材料 » 半导体 » 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？
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ielts_toefl

木虫 (小有名气)

[求助] 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

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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1楼 2016-07-15 14:56:10
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伽鲁特

至尊木虫 (著名写手)

【答案】应助回帖

★ ★ ★ ★ ★
感谢参与，应助指数 +1
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
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？



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9楼2016-07-17 23:51:46
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ZHD1993

新虫 (初入文坛)
引用回帖:
1楼: Originally posted by ielts_toefl at 2016-07-15 14:56:10
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 ...

要再看一下费米能的定义，它是平均能分布。

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2楼2016-07-16 08:22:58
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ielts_toefl

木虫 (小有名气)
引用回帖:
2楼: Originally posted by ZHD1993 at 2016-07-16 08:22:58
要再看一下费米能的定义，它是平均能分布。
...

对体系施加升温，体系的分子的电子的热激发加剧，平均能量就该升高啊，，我哪里理解错了？？ ？ 谢谢！
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3楼2016-07-16 22:24:11
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yeqiu1990

木虫 (小有名气)

【答案】应助回帖

★ ★ ★ ★ ★
感谢参与，应助指数 +1
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
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）。
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？-1
图1


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？-2
图2


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？-3
图3
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ielts_toefl
好好搞科研
4楼2016-07-17 10:12:51
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