n型半導體的能帶圖
能帶圖是把電子可佔據的能量帶沿縱軸排列的圖。上方導帶的底部為Ec,下方價帶的頂部為Ev,兩者之差即為能隙Eg。在不含雜質的本質半導體中,費米能階大約位於能隙中央(本質費米能階Ei)。
在矽中摻入磷等施體後,導帶中的電子增加,費米能階往導帶一側上升。其位置為 EF − Ei = kT·ln(ND/ni),室溫下濃度每增加10倍,就向導帶靠近約0.06 eV。p型則相反,會依受體濃度往價帶一側下降。
動手確認:施體濃度與費米能階
改變施體濃度,即可確認費米能階EF如何從本質費米能階Ei趨近導帶底Ec。條件為Si、300 K、ni = 1.0×10¹⁰ cm⁻³,以 EF − Ei = kT·ln(ND/ni) 計算(非簡併範圍 10¹⁴〜10¹⁹ cm⁻³)。