10.11 : Dinamica del Livello di Fermi

Il livello di vuoto indica la soglia di energia richiesta affinché un elettrone possa fuoriuscire da una superficie materiale. Di solito è posizionato sopra la banda di conduzione di un semiconduttore e funge da punto di riferimento per confrontare le energie degli elettroni all'interno di vari materiali.

L'affinità elettronica nei semiconduttori, indica il divario energetico tra il minimo della sua banda di conduzione e il livello di vuoto, ed è un parametro critico nel determinare con quanta facilità un semiconduttore può accettare elettroni aggiuntivi.

La funzione lavoro, rappresenta la minima quantità di energia richiesta per spostare un elettrone dal livello di Fermi, che è il livello energetico in cui un elettrone ha una probabilità del 50% di essere presente, al livello di vuoto. Questo valore varia a seconda dei materiali, con i metalli che tipicamente mostrano funzioni di lavoro elevate, che vanno da 2 a 5 eV, attribuite ai loro livelli di Fermi densamente popolati.

I semiconduttori, d'altro canto, mostrano funzioni di lavoro dinamiche a causa della natura variabile dei loro livelli di Fermi, influenzati da fattori quali il drogaggio e le variazioni di temperatura.

Quando un metallo e un semiconduttore entrano in contatto, cercano l'equilibrio, portando ad un livello di vuoto uniforme attraverso la giunzione mediante il trasferimento di carica, continuando fino all'allineamento dei livelli di Fermi di entrambi i materiali. Ciò innesca la flessione della banda energetica all’interno del semiconduttore, portando alla creazione di una barriera Schottky, una potenziale barriera energetica per gli elettroni che si muovono attraverso la giunzione metallo-semiconduttore.

L'altezza della barriera Schottky governa la conduttività della giunzione ed è determinata dalla relazione tra la funzione lavoro del metallo e l'affinità elettronica del semiconduttore.