10.11 : דינמיקת רמת פרמי

רמת הוואקום מציינת את סף האנרגיה הנדרש לאלקטרון לברוח ממשטח החומר. הוא ממוקם בדרך כלל מעל פס ההולכה של מוליך למחצה ומשמש כמדד להשוואת אנרגיות האלקטרונים בחומרים שונים.

זיקת אלקטרונים במוליכים למחצה מתייחסת לפער האנרגיה בין המינימום של פס ההולכה שלו לרמת הוואקום והיא פרמטר קריטי בקביעת הקלות שבה מוליך למחצה יכול לקבל אלקטרונים נוספים.

פונקציית העבודה מייצגת את כמות האנרגיה הנמוכה ביותר הנדרשת כדי להעביר אלקטרון מרמת הפרמי, שהיא רמת האנרגיה שבה לאלקטרון יש סיכוי של 50% להיות נוכח, לרמת הוואקום. ערך זה משתנה בין חומרים: מתכות מציגות בדרך כלל פונקציות עבודה גבוהות הנעות בין 2 ל-5 eV, בשל רמות הפרמי המאוכלסות בצפיפות שלהן.

לעומת זאת, מוליכים למחצה מציגים פונקציות עבודה דינמיות בשל האופי המשתנה של רמות הפרמי שלהם המושפעות מגורמים כמו אילוח ושינויים בטמפרטורה.

כאשר מתכת ומוליך למחצה באים במגע, הם מחפשים שיווי משקל, מה שמוביל לרמת וואקום אחידה על פני הצומת באמצעות העברת מטען, הנמשכת עד להתיישרות רמות הפרמי של שני החומרים. זה מפעיל את כיפוף פס האנרגיה בתוך המוליך למחצה, מה שמוביל ליצירת מחסום שוטקי, שהוא מחסום אנרגיה פוטנציאלי עבור אלקטרונים הנעים דרך צומת המתכת-מוליך למחצה.

גובה מחסום שוטקי קובע את המוליכות של הצומת והוא נקבע על ידי היחס בין פונקציית העבודה של המתכת לבין זיקת האלקטרונים של המוליך למחצה.