Несколько вопросов об уровне/энергии Ферми

Мой первый вопрос: как на самом деле определяется энергия Ферми для материала? Я знаю этот вывод , но кажется, что энергия Ферми основана только на электронной плотности (и, возможно, некоторой эффективной массе) материала. Неужели это все, что его определяет?

Во-вторых, я пытаюсь выяснить, как интерфейсы различных материалов работают с точки зрения их полос, но мне не ясно, что именно должно быть правдой во всех случаях (против того, что часто, но не обязательно верно, или что теоретически верно). но редко практически верно). Например, правило Андерсона начинается с выравнивания «уровней вакуума» двух материалов, но затем в этой статье говорится, что использовать уровень вакуума — не лучшая идея, а в статье о правиле Андерсона говорится, что это правило не такое уж точное. . Точно так же кажется, что правило Шоттки-Мотта также не очень успешно.

Кроме того, я где-то читал, что уровень Ферми (электрохимический потенциал, сумма химического потенциала и электрического потенциала) должен быть непрерывным везде в обоих материалах, поэтому химические потенциалы ( т.е. Т ≠ 0 Энергии Ферми, которые обычно различаются в двух материалах), выстраиваются в линию, и это происходит из-за разности электрических потенциалов между ними. Но эта картинка из Википедии , кажется, предполагает, что либо то, что я только что сказал, неверно, либо ярлык действительно должен быть « энергия Ферми » (или химический потенциал) в их определениях. Что он?

Итак, на что я всегда могу положиться и знать правду в таких ситуациях?

Ответы (2)

Ответ на 1-й вопрос:

Я предполагаю, что ваш вопрос является теоретическим. Вообще говоря, энергия Ферми определяется энергетическим спектром (или плотностью состояний) и числом электронов, которые мы фиксируем. Таким образом, трудно описать энергию Ферми, используя всего несколько параметров. В случае свободного фермиона зонная структура проста и позволяет проводить явные вычисления. Хотя общий расчет сложен, как упоминалось выше, тензор эффективной массы, параметры прыжка, константа спин-орбитального взаимодействия и особенность Ван Хова являются примерами важных параметров или свойств.

Ответ на 2-й вопрос:

Правило Андерсона или правило Шоттки-Мотта являются моделями. Следовательно, между этими моделями и природой должны быть различия. Однако, насколько мне известно, эти модели не так уж и плохи хотя бы для того, чтобы использовать их для того, чтобы перечислять кандидаты материалов. Если вы главный исследователь отдела массового производства какой-нибудь полупроводниковой компании, вы, конечно, должны пойти очень точным путем.

Ответ на 3-й вопрос:

На рисунке нет неправильной точки. Вам может помочь это д Φ имеет размерность энергии, а не Φ .(q — заряд, Φ это электрический потенциал)

+1 Навскидку, единственное, что я могу придумать, должно быть правдой, это то, что уровень Ферми должен быть непрерывным и, если он находится в равновесии, «плоским».

Самыми полезными обсуждениями, которые я нашел по этому поводу, были страница Тунга и статья Бардина 1947 года . Существует множество проблем с попыткой теоретически предсказать, как полосы будут выровнены на стыке:

  • Параметры вакуумной поверхности, такие как работа выхода, являются лишь простыми константами, если рассматривать вакуум на расстоянии не менее нескольких нанометров от поверхности. Таким образом, мы не можем честно использовать эти цифры на перекрестке, где вакуум очень узкий (если он вообще есть).
  • Физически существует электрический потенциал, и хотя он меняется в зависимости от положения, он не должен иметь разрыва в месте соединения. Вы можете рассчитывать на это на 100%. Однако мы обнаруживаем, что она непрерывна, только когда мы смотрим в атомном масштабе. В более крупном масштабе наблюдается очевидная неоднородность из-за интерфейсного диполя.
  • Сколько стоит диполь интерфейса? Это во многом зависит от выбора материалов и их химической связи. На структуру соединения влияет метод создания соединения и любые последующие процессы (например, отжиг)...

Стоит отметить, что интерфейсные диполи и тому подобное также являются проблемой для поверхностей материал-вакуум, и «выравнивание зон» материала-вакуума (определяемое работой выхода или сродством к электрону) также трудно предсказать теоретически.

В результате современные методы определения выравнивания полос представляют собой набор эвристических правил, которые иногда работают, и симуляции функционала плотности, требующие больших вычислительных ресурсов, которые иногда работают. Однако, чтобы достичь уровня точности 0,1 эВ, кажется, что все, что вы можете сделать, это просто эмпирически измерить выравнивание полос в реальном образце.

Однако, насколько я понимаю, вы можете рассчитывать на то, что в переходе металл-полупроводник или полупроводник-полупроводник смещения зон на переходе не зависят от легирования. Точно так же сродство к электрону полупроводник-вакуум не зависит от легирования.

(Что касается вашего последнего вопроса об изображении гетероперехода , это изображение двух полупроводников, разделенных большим расстоянием, и между ними приложено напряжение (разность уровней Ферми), чтобы выровнять их уровни вакуума. Как вы говорите, как только они войти в контакт, единственный способ сохранить настолько разные уровни Ферми — это пропустить огромный ток через соединение.)

Несколько вопросов об уровне/энергии Ферми
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v