Efecto de la temperatura en el nivel de Fermi en un semiconductor

Question

En un semiconductor intrínseco, he aprendido que el nivel de Fermi es débilmente dependiente de la temperatura y se sitúa entre Ec y Ev.

En este caso, tengo algunas preguntas. ¿Qué podría suceder con el nivel de Fermi si aumento la temperatura, ¿Se reduce el nivel de Fermi al punto de ser inferior a Ev...?

Entonces, ¿puede este semiconductor actuar como conductor?

Sé que esta pregunta debe ser extraña

Answer 1

Mientras que el nivel de Fermi depende de la temperatura, la mayoría puede verse fácilmente a través de la relación con la densidad de estados efectiva de la banda, algo más drástico sucederá si aumentas la temperatura. Independientemente de cuáles sean los niveles de dopaje, el número de pares de portadores intrínsecos comenzará a aumentar. A medida que el número de portadores intrínsecos sobrepase las concentraciones de portadores de dopaje, el nivel de Fermi será arrastrado de vuelta al centro de la brecha de banda. Sin embargo, lo que puedes hacer es dopar más allá de la densidad efectiva de estados de las bandas, es decir, dopaje degenerado. Entonces, tu nivel de Fermi se elevará por encima de la banda de conducción, o caerá por debajo de la banda de valencia. Y sí, este tipo de semiconductores altamente dopados se comportan de alguna manera como metales pobres. Otras cosas interesantes como diodos Esaki pueden utilizar este principio.

Answer 2

En un semiconductor intrínseco (en comparación con la respuesta de daFireman relacionada con semiconductores dopados), la dirección del cambio del nivel de Fermi debido al aumento de temperatura depende de las masas efectivas de electrones y huecos (relacionadas con la densidad efectiva de estados).

http://britneyspears.ac/physics/basics/basics.htm Revisar ec. 26.

Supongamos que mantenemos constante el nivel de Fermi y aumentamos la temperatura. Si la densidad de estados de la banda de valencia es mayor que la de la banda de conducción, habrá más huecos que electrones y el sistema estaría cargado (lo cual es imposible). Por lo tanto, el nivel de Fermi necesita desplazarse hacia arriba, más cerca de la banda de conducción, para compensar esto.

Por lo tanto, en principio, el nivel de Fermi puede superar a Ec o Ev, solo se necesita la temperatura suficiente. En la práctica, el sistema podría derretirse antes de eso.