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望天铁杆木虫 (正式写手)
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【求助】请教半导体的费米能级问题 已有6人参与
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| 半导体的费米能级处于价带和导带之间，而根据价带理论，价带和导带都是由连续的能级组成。那是不是就说半导体的费米能级是不连续的？一般解释紫外吸收都是从价带跃迁到导带，但是明明从费米能级到导带所需要的能量更小，为什么紫外吸收不是从费米能级到导带？ |
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lulinsmann
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我想有几点需要强调和说明一下： 1）费米能级并不是真实存在的能级（至少在半导体中是这样） 2）费米能级在概念上看是电子能够达到的最高能级，但是前提是这个地方有能级，或者说是这个地方有电子容身的状态（这个由电子态密度描述） 3）半导体价带是满带，导带是空带在严格意义上是不准确的，价带上的电子时常会有因热运动而跃迁到导带成为自由电子，从而能够导电，只是不多而已，也就是其被称为半导体的原因。绝缘体只是因为禁带太宽，以致电子无法因热运动跃迁到导带 4）费米能级的位置是计算所得，本征半导体的位置几乎就在禁带中央，掺杂半导体的费米能级会向导带或价带偏移，随掺杂量增加偏移越多以致无限接近导带底或价带顶，但仍然在禁带中（似乎也有极度掺杂导致费米能级进入导带或价带的情况，忘了） 5）关于费米能级和态密度的关系，你可以参阅任何一本半导体物理的书籍 |
12楼2010-10-01 14:21:52
stractor
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2楼2010-09-30 18:48:05
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3楼2010-09-30 19:02:12
望天
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夕阳西下:先把费米能级的概念搞清楚，根据他的条件，就知道一般情况下为什么费米能级没有电子。 2010-10-01 08:27:35
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谢谢讨论。不过我还是不明白：费米能级怎么可能没电子呢？那高于价带能级的电子不可能回到价带，因为价带已经被全充满，难道全都跑到导带吗？那也不可能啊？全跑到导带的话也不会存在导电性差的问题了。 附费米能级的概念： 就一个由费米子组成的微观体系而言，每个费米子都处在各自的量子能态上。现在假想 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一定的规则（例如泡利原理等）填充在各个可供占据的量子能态上，并且这种填充过程中每个费米子都占据 最低的可供占据的量子态。最后一个费米子占据着的量子态 即可粗略理解为费米能级。 |
4楼2010-09-30 19:07:34
望天
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事先说明以下观点为个人观点，欢迎批评指正： 我认为，费米能级并不是一个真实存在的能级，它是费米分布函数中引入的一个概念。它表明在热平衡时电子在该处占据状态的概率，在T>0k时是1/2。 但是考虑载流子分布时实际需要知道的是态密度，它表明在某一能级的电子存在的状态数。而禁带内的状态数为0。所以在禁带内是不会有电子分布的。 费米能级只是说明如果能量E（F）处有电子所处的状态，那么电子在该处出现的几率为1/2，但在半导体中，E（F）处在禁带中，即此处没有电子可以所处的状态，所以费米能级处是没有电子的。 另外，对于你的问题：本征半导体中高于价带不会有电子存在吧？ |
6楼2010-09-30 20:02:04
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