Mi primera pregunta es, ¿cómo se determina realmente la energía de Fermi de un material? Conozco esta derivación , pero parece decir que la energía de Fermi se basa solo en la densidad electrónica (y tal vez alguna masa efectiva) del material. ¿Es eso realmente todo lo que lo determina?
En segundo lugar, estoy tratando de averiguar cómo funcionan las interfaces de varios materiales en términos de sus bandas, pero no me queda claro exactamente qué debe ser cierto en todos los casos (frente a lo que a menudo es cierto, pero no necesariamente, o lo que es teóricamente pero rara vez es cierto en la práctica). Por ejemplo, la Regla de Anderson comienza alineando los "niveles de vacío" de los dos materiales, pero luego este artículo dice que no es una buena idea usar el nivel de vacío, y el artículo de la Regla de Anderson dice que, de todos modos, no es una regla tan precisa. . Del mismo modo, parece que la regla de Schottky-Mott tampoco tiene mucho éxito.
Además, he leído en alguna parte que el Nivel de Fermi (el potencial electroquímico, la suma del potencial químico y el potencial eléctrico) tiene que ser continuo en todas partes en ambos materiales, por lo que da como resultado los potenciales químicos (es decir , el Las energías de Fermi, que normalmente eran diferentes en los dos materiales, se alinean, y eso sucede al tener una diferencia de potencial eléctrico entre ellos. Pero esta imagen de wikipedia parece sugerir que lo que acabo de decir está mal o que la etiqueta debería ser realmente " energía de Fermi " (o potencial químico) en sus definiciones. ¿Cuál es?
Entonces, ¿de qué puedo depender siempre y saber que es verdad en estas situaciones?
La respuesta a la 1ra pregunta:
Supongo que tu pregunta es teórica. En términos generales, la energía de Fermi está determinada por el espectro de energía (o densidad de estados) y la cantidad de electrones que fijamos. Por lo tanto, es difícil describir la energía de Fermi usando solo unos pocos parámetros en general. En el caso del Fermión libre, la estructura de bandas es simple y nos permite calcular explícitamente. Aunque el cálculo general es difícil como se mencionó anteriormente, el tensor de masa efectivo, los parámetros de salto, la constante de acoplamiento espín-órbita y la singularidad de van Hove son ejemplos de parámetros o propiedades importantes.
La respuesta a la segunda pregunta:
La regla de Anderson o la regla de Schottky-Mott son modelos. Por lo tanto, debe haber diferencias entre estos modelos y la naturaleza. Sin embargo, que yo sepa, estos modelos no son tan malos al menos para usarlos para listar candidatos de materiales. Si usted es el investigador principal de la división de producción en masa de alguna empresa de semiconductores, debe, por supuesto, tomar una forma mucho más precisa.
La respuesta a la 3ra pregunta:
No hay ningún punto equivocado en la figura. Te puede ayudar eso tiene la dimensión de la energía, no .(q es cargo, es el potencial eléctrico)
Las discusiones más útiles que encontré sobre esto fueron la página de Tung y el artículo de 1947 de Bardeen . Hay una variedad de problemas al tratar de predecir teóricamente cómo se alinearán las bandas en un cruce:
Vale la pena señalar que los dipolos de interfaz y similares también son un problema para las superficies de material-vacío, y la "alineación de banda" de material-vacío (especificada por la función de trabajo o la afinidad electrónica) también es difícil de predecir teóricamente.
Como resultado, el estado del arte para determinar la alineación de la banda es una variedad de reglas heurísticas que a veces funcionan, y simulaciones funcionales de densidad computacionalmente intensas que a veces funcionan. Sin embargo, para alcanzar el nivel de precisión de 0,1 eV, parece que todo lo que puede hacer es medir empíricamente la alineación de la banda en una muestra real.
Sin embargo, según tengo entendido, una cosa con la que puede contar es que en una unión metal-semiconductor o semiconductor-semiconductor, las compensaciones de banda en la unión no dependen del dopaje. Asimismo, la afinidad electrónica semiconductor-vacío no depende del dopaje.
(En cuanto a su última pregunta sobre la imagen de heterounión , esa es una imagen de dos semiconductores separados por una gran distancia y con un voltaje (diferencia de nivel de Fermi) aplicado entre ellos para alinear sus niveles de vacío. Como usted dice, una vez que entrar en contacto, la única forma de mantener los niveles de Fermi tan diferentes sería impulsar una gran corriente a través de la unión).
garyp