10.11 : Динамика уровня Ферми

Уровень вакуума обозначает энергетический порог, необходимый для того, чтобы электрон покинул поверхность материала. Обычно он расположен над зоной проводимости полупроводника и служит эталоном для сравнения энергий электронов в различных материалах.

Сродство к электрону в полупроводниках относится к энергетической щели между минимумом зоны проводимости проводника и уровнем вакуума и является критическим параметром, определяющим, насколько легко полупроводник может принимать дополнительные электроны.

Работа выхода представляет собой наименьшее количество энергии, необходимое для перемещения электрона с уровня Ферми (энергетического уровня, на котором вероятность присутствия электрона составляет 50%), на уровень вакуума. Это значение варьируется в зависимости от материала: металлы обычно демонстрируют высокие значения работы выхода в диапазоне от 2 до 5 эВ, что объясняется густонаселенностью их уровней Ферми.

Полупроводники, с другой стороны, демонстрируют динамические рабочие функции из-за различной природы их уровней Ферми, на которые влияют такие факторы, как легирование и изменения температуры.

Когда металл и полупроводник вступают в контакт, они стремятся к равновесию, что приводит к равномерному уровню вакуума на переходе за счет переноса заряда, продолжающемуся до тех пор, пока уровни Ферми обоих материалов не выровняются. Это вызывает изгиб энергетической зоны внутри полупроводника, что приводит к созданию барьера Шоттки — потенциального энергетического барьера для электронов, движущихся через переход металл-полупроводник.

Высота барьера Шоттки определяет проводимость перехода и определяется соотношением между работой выхода металла и сродством полупроводника к электрону.