Energiebandendiagram van een n-type halfgeleider
Een energiebandendiagram zet de energiebanden die elektronen kunnen bezetten langs de verticale as. De onderkant van de bovenste geleidingsband is Ec, de bovenkant van de onderste valentieband is Ev, en het verschil daartussen is de bandgap Eg. In een intrinsieke halfgeleider zonder onzuiverheden ligt het Fermi-niveau ongeveer in het midden van de bandgap (het intrinsieke Fermi-niveau Ei).
Voeg je donoren zoals fosfor aan silicium toe, dan neemt het aantal elektronen in de geleidingsband toe en schuift het Fermi-niveau omhoog naar de geleidingsband. De positie volgt uit EF − Ei = kT·ln(ND/ni): bij kamertemperatuur komt het per vertienvoudiging van de concentratie ongeveer 0,06 eV dichter bij de geleidingsband. Bij p-type materiaal zakt het juist richting de valentieband, afhankelijk van de acceptorconcentratie.
Probeer het zelf: donorconcentratie en Fermi-niveau
Verander de donorconcentratie en zie hoe het Fermi-niveau EF vanaf het intrinsieke Fermi-niveau Ei naar de onderkant van de geleidingsband Ec schuift. De voorwaarden zijn Si, 300 K en ni = 1,0×10¹⁰ cm⁻³, berekend met EF − Ei = kT·ln(ND/ni) (niet-ontaard bereik van 10¹⁴ tot 10¹⁹ cm⁻³).