¿Por qué cambia el nivel de Fermi debido al cambio en la concentración del átomo donante?

Supongamos que tengo un semiconductor de tipo n cuyo nivel fermi se encuentra (digamos) 0,2 eV por debajo de la banda de conducción. ¿Por qué cambiaría este nivel si cambiara el dopaje haciendo que la concentración del donante (digamos) sea 4 veces el valor original?

¿Y qué significa? ¿Significa esto que el potencial químico también cambia? (Supongo que, probablemente, sí, pero ¿qué significa?)

¿También podríamos estimar cómo cambiaría de alguna manera aproximada?

Las impurezas pueden cambiar mi C y mi v por lo tanto cambiando mi F por su definición. Creo que probablemente tenga que ver con el hecho de que los electrones son fermiones y no pueden ocupar el mismo nivel, también conocido como Exclusión de Pauli.
@MBarbosa cambio de mi C y mi V sucede, pero el punto principal es el aumento de la concentración de portadores en la banda de conducción debido a los estados donantes. Como los estados donantes están cerca de la banda de conducción, algunos de ellos estarán ionizados. Como resultado, la concentración de portadores de CB es más alta de lo que cabría esperar solo por el intervalo de banda y la temperatura. Por lo tanto, la brecha de banda tiene que ser desplazada por mi F para describir la distribución de electrones. Tal vez este documento ayude a aclarar las cosas: uwyo.edu/cpac/_files/docs/kasia_lectures/…

Respuestas (1)

El nivel de Fermi es una energía en la que la probabilidad de distribución de electrones es 1/2. Debido a la exclusión de Pauli, los electrones se acumularán, por lo que el nivel de Fermi para los electrones subirá.

El potencial químico es el mismo que el nivel de Fermi.

Para calcular el valor, debe integrar la función de distribución de Fermi-Dirac por la densidad de estados. Para obtener una estimación aproximada, puede comparar la densidad de dopaje con la densidad efectiva de los estados. Si son comparables, entonces el nivel de Fermi está cerca del borde de la banda de conducción.

Estrictamente hablando, la energía de Fermi (o nivel de Fermi) de un sólido es el potencial químico a temperatura cero, es decir, es la energía del electrón más energizado del sólido cuando dicho sólido se encuentra en su estado fundamental. Véase, por ejemplo, el libro Solid State Physics de Ashcroft y Mermin .
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