フェルミ準位

フェルミ準位とは熱平衡状態にある物質における、電子が占めるエネルギー準位のことで、電子がその準位上で50%を占める状態のことである。名前はイタリアの物理学者のエンリコ・フェルミにちなむ。

公式[編集]

フェルミ準位 $\mu$ は以下のような式で定義される。

f(E)={\frac {1}{1+exp({\frac {E-\mu }{k_{B}T}})}}

$E$ =電子のエネルギー
$k_{B}$ =ボルツマン定数
$T$ =絶対温度(K)

また、フェルミ準位は $E_{F}$ で表されることもある。

絶対零度(0K)ではフェルミ準位よりも低いエネルギー準位は全て電子で満たされ、それ以上のエネルギー準位は全て空となる。

金属におけるフェルミ準位は、価電子帯が部分的に占有されており、その途中に位置する。電子はフェルミ準位近くの状態に励起されやすいため、電気伝導度が高い。

フェルミ準位の禁制帯における位置(伝導帯と価電子帯の間)によって半導体の材質が決まっているため、半導体工学では重要なものとなっている。

フェルミ準位が禁制帯のほぼ中間地点に存在する。

フェルミ準位が伝導帯寄りに存在する。

フェルミ準位が価電子帯寄りに存在する。

絶対零度におけるフェルミ準位は、理想フェルミ気体における化学ポテンシャルそのもので、同義視できる。