10.11 : Dinâmica do Nível de Fermi

O nível de vácuo denota o limite de energia necessário para um elétron escapar da superfície de um material. Geralmente é posicionado acima da banda de condução de um semicondutor e atua como referência para comparar energias eletrônicas em vários materiais.

A afinidade eletrônica em semicondutores refere-se à lacuna de energia entre o mínimo de sua banda de condução e o nível de vácuo e é um parâmetro crítico para determinar a facilidade com que um semicondutor pode aceitar elétrons adicionais.

A função trabalho representa a menor quantidade de energia necessária para mover um elétron do nível de Fermi, que é o nível de energia onde um elétron tem 50% de chance de estar presente, para o nível de vácuo. Este valor varia entre os materiais, com os metais normalmente apresentando altas funções de trabalho variando de 2 a 5 eV, atribuídas aos seus níveis de Fermi densamente povoados.

Os semicondutores, por outro lado, exibem funções de trabalho dinâmicas devido à natureza variável de seus níveis de Fermi, influenciados por fatores como dopagem e mudanças de temperatura.

Quando um metal e um semicondutor entram em contato, eles buscam o equilíbrio, levando a um nível de vácuo uniforme através da junção através da transferência de carga, continuando até que os níveis de Fermi de ambos os materiais se alinhem. Isso desencadeia a curvatura da banda de energia dentro do semicondutor, levando à criação de uma barreira Schottky, uma barreira de energia potencial para os elétrons que se movem através da junção metal-semicondutor.

A altura da barreira Schottky governa a condutividade da junção e é determinada pela relação entre a função de trabalho do metal e a afinidade eletrônica do semicondutor.