LES SEMI-CONDUCTEURS

Le niveau de Fermi


 Dans un solide, le niveau de Fermi est le niveau énergétique le plus élevé qu’un électron puisse occuper à 0°K. A la température T, les électrons peuvent occuper des niveaux d’énergie supérieurs au niveau de Fermi, et la probabilité d’occupation d’un niveau d’énergie E par un électron est donnée par la fonction de Fermi :

         (1.3)

 

k est la constante de Boltzmann, et EF l’énergie de Fermi qui est, par définition, l’énergie dont la probabilité d’occupation est égale à ½.

Dans la représentation schématique de la figure 1.5, le niveau de Fermi peut être considéré comme un niveau de remplissage du solide par les électrons. C’est ainsi qu’à l’équilibre thermodynamique, ce niveau est constant à travers un solide donné, et qu’il est continu à la jonction entre deux solides.

Figure 1.5 : Position du niveau de Fermi dans le silicium type n et type p. La présence des atomes donneurs dans le silicium crée des états énergétiques localisés dans le gap près du bas de la bande de conduction (a), alors que la présence d’atomes accepteurs crée des états localisés près du haut de la bande de valence (b). Eid et Eia sont les énergies (voisines de kT) nécessaires à l’ionisation de l’impureté. Le niveau de Fermi EF monte et descend en fonction de la concentration des électrons et des trous se comportant ainsi en un niveau indicateur de remplissage comme le niveau d’un fluide.