10.11 : Dynamika poziomu Fermiego

Poziom próżni oznacza próg energii wymagany do ucieczki elektronu z powierzchni materiału. Zwykle jest umieszczony powyżej pasma przewodnictwa półprzewodnika i służy jako punkt odniesienia do porównywania energii elektronów w różnych materiałach.

Powinowactwo elektronów w półprzewodnikach odnosi się do przerwy energetycznej pomiędzy minimum pasma przewodnictwa a poziomem próżni i jest parametrem krytycznym przy określaniu, jak łatwo półprzewodnik może przyjąć dodatkowe elektrony.

Funkcja pracy reprezentuje najmniejszą ilość energii potrzebną do przeniesienia elektronu z poziomu Fermiego, czyli poziomu energii, na którym elektron ma 50% szans na obecność, do poziomu próżni. Wartość ta różni się w zależności od materiału, przy czym metale zazwyczaj wykazują wysokie funkcje pracy w zakresie od 2 do 5 eV, co przypisuje się ich gęsto zaludnionym poziomom Fermiego.

Z drugiej strony półprzewodniki wykazują dynamiczne funkcje pracy ze względu na zmienny charakter ich poziomów Fermiego, na który wpływają takie czynniki, jak domieszkowanie i zmiany temperatury.

Kiedy metal i półprzewodnik stykają się, szukają równowagi, co prowadzi do jednolitego poziomu próżni na złączu poprzez przeniesienie ładunku, aż do zrównania się poziomów Fermiego obu materiałów. Powoduje to zagięcie pasma energii w półprzewodniku, co prowadzi do powstania bariery Schottky’ego, potencjalnej bariery energetycznej dla elektronów przemieszczających się przez złącze metal-półprzewodnik.

Wysokość bariery Schottky'ego reguluje przewodność złącza i jest określona przez związek między funkcją wyjścia metalu a powinowactwem elektronowym półprzewodnika.