Diagramme de bandes d'énergie d'un semi-conducteur de type n
Un diagramme de bandes d'énergie représente, le long de l'axe vertical, les bandes d'énergie que peuvent occuper les électrons. Le bas de la bande de conduction, en haut, est Ec ; le haut de la bande de valence, en bas, est Ev ; leur écart est la bande interdite Eg. Dans un semi-conducteur intrinsèque sans impuretés, le niveau de Fermi se situe à peu près au milieu de la bande interdite (niveau de Fermi intrinsèque Ei).
En ajoutant au silicium des donneurs comme le phosphore, on augmente le nombre d'électrons dans la bande de conduction et le niveau de Fermi monte vers celle-ci. Sa position est donnée par EF − Ei = kT·ln(ND/ni) : à température ambiante, il se rapproche de la bande de conduction d'environ 0,06 eV chaque fois que la concentration est multipliée par 10. Dans un matériau de type p, il descend au contraire vers la bande de valence selon la concentration d'accepteurs.
À essayer : concentration de donneurs et niveau de Fermi
Modifiez la concentration de donneurs pour voir le niveau de Fermi EF passer du niveau de Fermi intrinsèque Ei vers le bas de la bande de conduction Ec. Conditions : Si, 300 K, ni = 1,0×10¹⁰ cm⁻³, calcul avec EF − Ei = kT·ln(ND/ni) (de 10¹⁴ à 10¹⁹ cm⁻³, domaine non dégénéré).