Уровень Ферми, он же химпотенциал - совсем простая штука. Представьте себе распределение Ферми, или Бозе, или Больцмана (они все отсчитываются от химпотенциала), и заданную температуру. Эта температура жёстко фиксирует форму кривой
. A теперь будем добавлять в систему частицы: или по одной запихивать, или сожмём всю систему, и увеличим её плотность. Как поведёт себя кривая
? Изменить свою форму она не может: температуру мы не меняем, но под ней должно помещаться больше частиц, чем раньше. Она делает единственное, что ей остаётся: сдвигается как целое вверх по энергии (вы помните, эта кривая растёт вниз, так что при таком сдвиге площадь под ней увеличивается). A значит, сдвигается точка отсчёта этой кривой - химпотенциал. Так что он просто-напросто характеризует, сколько всего частиц в системе.
Для фермионов он показывает примерное положение границы между заполненными уровнями и пустыми. Причём приблизительно можно считать, что эта граница очень резкая, при нашей температуре. Так что он отделяет полностью заполненные уровни от полностью пустых. Добавление частиц в систему выглядит как насыпание песка в стакан. Именно вокруг этого уровня происходит всё самое интересное. Выше этого уровня нет никаких частиц (если только их туда специально не забросить, например, как в рабочем теле лазера). Ниже - всё заполнено частицами, a когда они набиты как в огурце, они тоже ничего не делают: на каждое движение одной частицы найдётся противоположное движение другой частицы, так что в общем их как будто и нет. Обратите внимание, это важный момент. A около уровня Ферми есть и заполненные уровни, и пустые, и они ведут себя как свободные электроны и дырки - в зависимости от других деталей. Именно эти уровни обеспечивают проводимость, именно они участвуют во всей "общественной жизни" кристалла: взаимодействуют c фононами, c дефектами, участвуют в теплоёмкости и теплопроводности.
and_master писал(а):Source of the post 2. Вот вы говорили про p-n переход... Понятно, что при приложении слабого поля, понижающего потенциальный барьер, электроны движутся в p-область и рекомбинируют. Вы сказали, что при этом из p-области уходят электроны в n-область.
Ой, конечно, нет, я так не говорил! Из p-области уходят электроны в провод! Ведь ваш p-n-переход - это обычно диод, включённый в цепь постоянного тока? Если нет, и если вы каким-то другим способом создаёте разность потенциалов, то разумеется, этого не происходит. B p-области и электронов-то практически нет (я говорил про возникающие в проводе в точке контакта c p-полупроводником), a если случайно и возникнут, то сразу их обступают co всех сторон дырки: куда им ещё уходить?
and_master писал(а):Source of the post Ho откуда они (электроны) в данном случае берутся, если основная часть их рекомбинирует. B цепь войдут только электроны, для которых длина свободного пробега больше p-области?
Это будут другие электроны, которые возникают в точке контакта металл-p-полупроводник, там где провод припаян к полупроводнику. Это совсем другой эффект, можете отвлечься от p-n-перехода, и рассмотреть отдельно p-полупроводник, вставленный в цепь. Как они возникают, я написал в #47. Можете представить себе, что в металле уровень Ферми - это свободная поверхность воды, a в полупроводнике - подо льдом (прикрыта сверху запрещённой зоной). И тогда в точке контакта вода просачивается из-подо льда на свободу (электроны выходят из p-полупроводника в металл), a навстречу ей под лёд просачиваются пузырьки воздуха (в p-полупроводник проникают дырки). To есть пары частиц "электрон в металле - дырка в полупроводнике" создаются на месте, и на их создание не тратится энергии.