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10.11 : 페르미 준위 역학

진공 준위는 전자가 재료 표면에서 탈출하는 데 필요한 에너지 임계값을 나타냅니다. 이는 일반적으로 반도체의 전도대 위에 위치하며 다양한 재료 내 전자 에너지를 비교하기 위한 벤치마크 역할을 합니다.

반도체의 전자 친화력은 전도대 최소값과 진공 준위 사이의 에너지 갭을 나타내며, 반도체가 추가 전자를 얼마나 쉽게 수용할 수 있는지를 결정하는 중요한 매개변수입니다.

일함수는 전자가 존재할 확률이 50%인 에너지 준위인 페르미 준위에서 진공 준위로 전자를 이동시키는 데 필요한 최소 에너지량을 나타냅니다. 이 값은 재료에 따라 다르며, 금속은 밀도가 높은 페르미 준위로 인해 일반적으로 2~5eV 범위의 높은 일함수를 나타냅니다.

반면, 반도체는 도핑 및 온도 변화와 같은 요인에 의해 영향을 받는 페르미 준위의 다양한 특성으로 인해 동적 일함수를 표시합니다.

금속과 반도체가 접촉하면 평형을 추구하여 전하 이동을 통해 접합 전체에 균일한 진공 수준이 형성되고 두 물질의 페르미 준위가 일치할 때까지 계속됩니다. 이는 반도체 내에서 에너지 밴드 굽힘을 유발하여 금속-반도체 접합을 가로질러 이동하는 전자에 대한 잠재적 에너지 장벽인 쇼트키 장벽을 생성합니다.

쇼트키 장벽의 높이는 접합의 전도성을 좌우하며 금속의 일함수와 반도체의 전자 친화력 사이의 관계에 의해 결정됩니다.

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Fermi LevelVacuum LevelElectron AffinityWork FunctionConduction BandSemiconductorCharge TransferSchottky BarrierEnergy Band BendingConductivity

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