10.11 : Dynamique du niveau de Fermi

Le niveau de vide désigne le seuil d'énergie requis pour qu'un électron s'échappe d'une surface matérielle. Il est généralement positionné au-dessus de la bande de conduction d’un semi-conducteur et sert de référence pour comparer les énergies électroniques dans divers matériaux.

L'affinité électronique dans les semi-conducteurs fait référence à l'écart d'énergie entre le minimum de sa bande de conduction et le niveau de vide et constitue un paramètre critique pour déterminer la facilité avec laquelle un semi-conducteur peut accepter des électrons supplémentaires.

La fonction de travail représente la plus petite quantité d'énergie nécessaire pour déplacer un électron du niveau de Fermi, qui est le niveau d'énergie où un électron à 50 % de chances d'être présent, jusqu'au niveau de vide. Cette valeur varie selon les matériaux, les métaux présentant généralement des fonctions de travail élevées allant de 2 à 5 eV, attribuées à leurs niveaux de Fermi densément peuplés.

Les semi-conducteurs, quant à eux, présentent des fonctions de travail dynamiques en raison de la nature variable de leurs niveaux de Fermi influencés par des facteurs tels que le dopage et les changements de température.

Lorsqu'un métal et un semi-conducteur entrent en contact, ils recherchent l'équilibre, conduisant à un niveau de vide uniforme à travers la jonction par transfert de charge, jusqu'à ce que les niveaux de Fermi des deux matériaux s'alignent. Cela déclenche une courbure de la bande d'énergie au sein du semi-conducteur, conduisant à la création d'une barrière Schottky, une barrière d'énergie potentielle pour les électrons se déplaçant à travers la jonction métal-semi-conducteur.

La hauteur de la barrière Schottky régit la conductivité de la jonction et est déterminée par la relation entre le travail de travail du métal et l'affinité électronique du semi-conducteur.