Das Vakuumniveau bezeichnet die Energieschwelle, die ein Elektron benötigt, um von einer Materialoberfläche zu entweichen. Es befindet sich normalerweise über dem Leitungsband eines Halbleiters und dient als Benchmark zum Vergleichen der Elektronenenergien in verschiedenen Materialien.

Die Elektronenaffinität in Halbleitern bezieht sich auf die Energielücke zwischen dem Minimum seines Leitungsbands und dem Vakuumniveau und ist ein entscheidender Parameter, um zu bestimmen, wie leicht ein Halbleiter zusätzliche Elektronen aufnehmen kann.

Die Austrittsarbeit stellt die geringste Energiemenge dar, die erforderlich ist, um ein Elektron vom Fermi-Niveau, dem Energieniveau, bei dem ein Elektron mit einer Wahrscheinlichkeit von 50 % vorhanden ist, auf das Vakuumniveau zu bewegen. Dieser Wert variiert je nach Material, wobei Metalle typischerweise hohe Austrittsarbeiten im Bereich von 2 bis 5 eV aufweisen, was auf ihre dicht besiedelten Fermi-Niveaus zurückzuführen ist.

Halbleiter hingegen weisen dynamische Austrittsarbeiten aufgrund der unterschiedlichen Natur ihrer Fermi-Niveaus auf, die von Faktoren wie Dotierung und Temperaturänderungen beeinflusst werden.

Wenn ein Metall und ein Halbleiter in Kontakt kommen, streben sie ein Gleichgewicht an, was durch Ladungsübertragung zu einem gleichmäßigen Vakuumniveau über die Verbindung führt, das so lange anhält, bis sich die Fermi-Niveaus beider Materialien angleichen. Dies löst eine Energiebandbiegung innerhalb des Halbleiters aus, was zur Bildung einer Schottky-Barriere führt, einer potenziellen Energiebarriere für Elektronen, die sich über die Metall-Halbleiter-Verbindung bewegen.

Die Höhe der Schottky-Barriere bestimmt die Leitfähigkeit der Verbindung und wird durch die Beziehung zwischen der Austrittsarbeit des Metalls und der Elektronenaffinität des Halbleiters bestimmt.