Energiebanddiagramm eines n-Halbleiters
Ein Energiebanddiagramm stellt die Energiebänder, die Elektronen besetzen können, entlang der senkrechten Achse dar. Die Unterkante des oberen Leitungsbands ist Ec, die Oberkante des unteren Valenzbands ist Ev, und der Abstand dazwischen ist die Bandlücke Eg. In einem undotierten, intrinsischen Halbleiter liegt das Fermi-Niveau nahezu in der Mitte der Bandlücke (intrinsisches Fermi-Niveau Ei).
Dotiert man Silizium mit Donatoren wie Phosphor, nimmt die Zahl der Elektronen im Leitungsband zu, und das Fermi-Niveau steigt in Richtung Leitungsband. Seine Lage ergibt sich aus EF − Ei = kT·ln(ND/ni): Bei Raumtemperatur rückt es mit jeder Verzehnfachung der Konzentration um etwa 0,06 eV näher an das Leitungsband heran. Bei p-Dotierung sinkt es umgekehrt je nach Akzeptorkonzentration in Richtung Valenzband.
Selbst ausprobieren: Donatorkonzentration und Fermi-Niveau
Verändern Sie die Donatorkonzentration und beobachten Sie, wie sich das Fermi-Niveau EF vom intrinsischen Fermi-Niveau Ei der Leitungsbandkante Ec nähert. Bedingungen: Si, 300 K, ni = 1,0×10¹⁰ cm⁻³; berechnet mit EF − Ei = kT·ln(ND/ni) (nicht entarteter Bereich von 10¹⁴ bis 10¹⁹ cm⁻³).
Spezifischen Widerstand bei dieser Konzentration berechnen →