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小木虫论坛-学术科研互动平台 » 计算模拟区 » 第一性原理 » 其他 » 【求助】为什么半导体的电中性条件能够确定费米能级？
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vaspstudy

银虫 (小有名气)

[交流] 【求助】为什么半导体的电中性条件能够确定费米能级？ 已有7人参与

如果涉及到缺陷或杂质时，需要用电中性条件确定费米能级，下面使我的困惑，请各位虫友指正：
在我看来，费米能级不论在何处，半导体始终是电中性的。半导体中有四种带电粒子，电子、空穴、负电受主，正电施主。不论费米能级在何处，本征激发的电子和空穴始终保持代数和为零；施主电荷与因此产生的电子代数和为零；受主电荷与因此产生的空穴代数和为零。上述关系应该与费米能级无关才对，换句话说，费米能级不论在何处，半导体的电中性条件应该都可以满足的。那为什么还要根据电中性条件来确定费米能级呢？能确定得出来吗？
文献看的费米能级与掺杂浓度，温度等有关系，可按照上面分析，无论掺杂浓度或温度如何，对费米能级的位置也应该没有要求才对！
总之，我的结论，电中性应该是一个自然成立的关系式，与费米能级的位置似乎无关。究竟错在那里，请高手解惑，不胜期待！

[ Last edited by vaspstudy on 2010-12-14 at 10:51 ]
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1楼 2010-12-14 10:46:28
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vaspstudy

银虫 (小有名气)
引用回帖:
Originally posted by nodding at 2010-12-14 11:58:45:
个人浅薄回复一下。

你说的，带电与费米能级无关，应该是 对的。

但是注意：电子浓度和空穴浓度可是与费米能级位置有关的。 所以在单位体积中电中性，用带正电的浓度=带负电的浓度。
这样来确定费米能级。

多谢，但还是没懂，再请教一下：电子浓度和空穴浓度是与费米能级位置有关，但还有charged donor和charged acceptor呢，他们四者之和自然会保持电中性的，即
n(electrons)+n(acceptors)=n(holes)+n(donors)
这一关系式应该与费米能级无关才对，既然与费米能级无关，又何需一个费米能级的特定值来维持电中性呢？
不对之处，请指正，不胜感谢！
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3楼2010-12-15 19:37:05
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nodding

木虫 (小有名气)
★ ★ ★
小木虫(金币+0.5):给个红包，谢谢回帖交流
zhang668(金币+2):感谢交流 2010-12-14 12:23:39
个人浅薄回复一下。

你说的，带电与费米能级无关，应该是 对的。

但是注意：电子浓度和空穴浓度可是与费米能级位置有关的。 所以在单位体积中电中性，用带正电的浓度=带负电的浓度。
这样来确定费米能级。
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2楼2010-12-14 11:58:45
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nodding

木虫 (小有名气)
★ ★
小木虫(金币+0.5):给个红包，谢谢回帖交流
zzy870720z(金币+1):谢谢补充 2010-12-15 21:01:51
引用回帖:
Originally posted by vaspstudy at 2010-12-15 19:37:05:
：
多谢，但还是没懂，再请教一下电子浓度和空穴浓度是与费米能级位置有关，但还有charged donor和charged acceptor呢，他们四者之和自然会保持电中性的，即
n(electrons)+n(acceptors)=n(holes)+n(donors)
这 ...

呵呵。请注意：n(electrons)+n(acceptors)=n(holes)+n(donors) 这里边的n都是浓度哦。前面“电子浓度和空穴浓度是与费米能级位置有关”。这样的话，就可以根据电中性等式，求解费米能级。 不知说明白没

[ Last edited by nodding on 2010-12-15 at 20:58 ]
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4楼2010-12-15 20:56:12
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stractor

金虫 (著名写手)
★ ★ ★
小木虫(金币+0.5):给个红包，谢谢回帖交流
ellsaking(金币+2):谢谢详细指导~ 2010-12-15 22:59:25
我做这方面的，可以如下理解：
The Fermi energy is determined by charge neutrality condition:
               p-n+sigma[qc(Xq)]=0  (1)
Here, p and n is the concentration of holes in the valence band and the concentration of electrons in the conduction band, respectively. c(Xq)  is the concentration of defect X in charge state q. sigma是对所有缺陷浓度求和。
n，p和c(Xq)与费米能级有关，所以解式（1）可以确定费米能级。


“电中性应该是一个自然成立的关系式，与费米能级的位置似乎无关”可以这么说。
但这与“电中性条件可以确定费米能级不矛盾”啊。这是两个不同的命题，“电中性可以确定费米能级”并不是说“电中性与费米能级有关”。事实上吗，费米能级决定了各种缺陷的浓度，通过关系（1）得出费米能级。

只能说到这个地步了，好好理解吧。

[ Last edited by stractor on 2010-12-15 at 22:59 ]
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5楼2010-12-15 22:49:50
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