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gtssongchi

木虫 (小有名气)

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[交流] 关于费米能级

很惭愧，虽然论坛上已经有不少讨论的帖子，但是发现还是不能解决我的一些疑惑~于是又发一个帖子麻烦大家！

首先整理一些我认同的观点：费米面、费米能级只是对于金属才有意义在费米面以下的能带是占据的，以上是不占据的，是以费米面划分的（基泰尔物体物理第九章）。而半导体和绝缘体，价带完全被占据，从根本上讲没有费米面的概念，为了与金属费米面以下的能带是占据的物理意义统一（还有为了美观），可以把“费米面”画在价带顶的位置（基泰尔一书中锗的能带，费米能级的确画在价带顶）。
半导体物理中常常称半导体的化学势为费米面，只是一个虚拟的能级，并不一定是电子的可占据态，可以处于带隙中。

于是在我的理解下，看来这两个费米能级是不同的概念，这样的想法是否正确呢，那么在绝对零度下这两者是否有关联呢？在分析得到的能带图或者是DOS图时，常常把费米能级作为能量零点，此时的费米能级是前者还是后者呢？
不知道问题问清楚没有~

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1楼 2011-11-29 22:04:00

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stractor

金虫 (著名写手)

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★ ★ ★ ★
gtssongchi(金币+2):谢谢参与
fzx2008(金币+3): 谢谢指教 2011-11-30 07:41:44
gtssongchi(金币+1): 谢谢指教 2011-11-30 08:09:24

金属和半导体中的费米能级是一回事。金属中费米能级是电子最高占据态，而半导体中费米能级是处于带隙之中的。注意的是半导体的费米能级不是电子的真实能级，而金属的费米能级等于电子的最高占据态。
分析DOS的时候，能量如何取0点，原则上是任意的，比如可以取CBM为0点，因为能量绝对值无意义。

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4楼2011-11-30 07:17:33

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goldenfisher

金虫 (著名写手)

★ ★ ★ ★
gtssongchi(金币+2):谢谢参与
fzx2008(金币+3): 谢谢指教 2011-11-30 07:38:51
fzx2008: 2011-11-30 07:41:51
gtssongchi(金币+2): 2011-11-30 08:44:27

其实二者是一回事。
金属中可以认为是最高占据能级，这个时候每个能级都有明确的意义。而半导体中，同样可以认为是最高占据能级，只是此时的带隙中没有电子占据。从这个意义上说，半导体的费米能级你可以定义到带隙的任意位置。
此外，这里讨论的能量本来就只有相对意义，对于半导体而言，你把这个参考点定义在带隙的哪个位置又能带来什么物理上的不同呢？物理上，是相同的，只是表明价带全占满，而费米能级处于带隙中，不导电而已。
再说一句，你在计算半导体的费米能级的时候，即使存在能级，你也要用到“电子展宽”的概念，因此你算出来的费米能级往往并不严格在价带顶部，而处于带隙中。这不影响物理分析。
个人观点！

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2楼2011-11-29 22:28:41

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