Уровень Ферми.

Среди читателей очень много людей знающих электричество намного лучше меня, и хорошо если так. В тот момент когда мне довелось преподавать физические основы микроэлектроники, многие процессы приходилось изучать на уровне квантовой механики.

После более глубокого погружения в процессы происходящие на уровне кристаллической решетки, начинаешь понимать, на сколько мало знаний есть в открытом доступе, и что далеко не всё публикуется в учебниках.

Как мы уже знаем в электронике есть понятия, проводник, диэлектрик и полупроводник.

Уровень Ферми.

Обратите внимание на зонную диаграмму, в ней есть три зоны, в первой (нижней) находятся валентные электроны. Эти электроны энергетически связаны с ядром и составляют единую молекулу. Для того чтобы, электрон стал свободным и мог участвовать в направленном движении частиц, он должен попасть в зону проводимости, для этого необходимо преодолеть энергетический барьер в виде запрещенной зоны.

Таким образом, для того чтобы электрон из валентного состояния перешел в свободное, необходимо ему передать некоторый объем энергии, как правило это может быть с помощью электрического поля или температуры.

Основная идея в том, что среднее энергетической состояние электрона находится как раз на уровне Ферми в запрещенной зоне.

Одна из значимых процедур в технологии построения микросхем- это процесс добавления примесей. Тем самым мы получаем полупроводники с повышенной концентрацией основных носителей:

Уровень Ферми.

Вводя в кристаллическую решетку трех валентный Индий или пяти валентный Мышьяк. Мы добавляем дополнительный уровень, смещенный к зоне проводимости или к валентной зоне. Исходя из этого в структуре появляется больше свободных электронов (донорный тип примеси) или свободных дырок (акцепторный тип примеси), тем самым выделяем ячейку под валентный электрон (дырку).

Как видим, сместив уровень Ферми, мы значительно изменяем структуру полупроводника и как следствие выявляем новые свойства, которые используются в таких устройствах как диод, транзистор и так далее.

Думаю для начала хватит и без мат описания. Продолжение следует.