①引入了準Fermi能級之後,就能夠仿照採用Fermi-Drac統計來分析平衡載流子分佈那樣,來分析非平衡載流子的統計分佈。若導帶電子和價帶空穴的準Fermi能級分別為Efn和Efp,則可以近似地表示出非平衡態載流子的所謂準Fermi分佈函式為
fn(E)=1/{exp[(E-Efn)+1]}, fp(E)=1/{exp[(Efp-E)+1]}。
②同時,仿照平衡載流子濃度的表示,也可以直接給出非平衡狀態時的總電子濃度n和非平衡狀態時的總空穴濃度p的表示式為
n=no+Δn=Nc×exp[-(Ec-Efn)/kT], p=po+Δp=Nv×exp[-(Efp-Ev)/kT]。
總之,對於非平衡狀態的半導體,沒有統一的一條Fermi能級,但是可以認為導帶和價帶分別處於準平衡狀態,則對於其中的非平衡電子和非平衡空穴,可以引入相應的電子準Fermi能級(Efn)和空穴準Fermi能級(Efp)來分別描述其分佈狀況。
在小注入情況下,對於非平衡態的n型半導體,其中電子是多數載流子,總的非平衡電子濃度與總的平衡電子濃度差不多,因此,這時電子的準Fermi能級與平衡態時系統的Fermi能級基本上是一致的,處於導帶底附近;但是空穴——少數載流子的準Fermi能級卻偏離平衡態時系統的Fermi能級較遠,處於近價帶頂附近。對於非平衡態的p型半導體,情況相反,空穴準Fermi能級與平衡態時系統的Fermi能級基本上是一致的,處於近價帶頂附近;而電子的準Fermi能級是處於導帶底附近。
④非平衡半導體中存在兩條準Fermi能級,即電子的準Fermi能級和空穴的準Fermi能級;並且這兩條準Fermi能級所分開的距離,與外加作用的強度有關(例如外加電壓越大,它們分開的距離就越大)。若去除外加作用,則由於非平衡載流子將要逐漸複合,相應的這兩條準Fermi能級即逐漸靠攏;當非平衡載流子完全消失以後,則這兩條準Fermi能級即合二為一,即回覆到平衡狀態時的一條Fermi能級。
例如pn結,在熱平衡時,雖然其中存在電荷(空間電荷)和電場(內建電場),但是兩邊的半導體具有相同的一條Fermi能級;而在外加有電壓時,pn結即處於非平衡狀態,這時兩邊的半導體中出現了非平衡少數載流子(注入或者抽出),因此兩邊的Fermi能級就分開了——一邊是電子的準Fermi能級,另一邊是空穴的準Fermi能級,兩邊準Fermi能級分開的大小即與外加電壓的高低有關。
①引入了準Fermi能級之後,就能夠仿照採用Fermi-Drac統計來分析平衡載流子分佈那樣,來分析非平衡載流子的統計分佈。若導帶電子和價帶空穴的準Fermi能級分別為Efn和Efp,則可以近似地表示出非平衡態載流子的所謂準Fermi分佈函式為
fn(E)=1/{exp[(E-Efn)+1]}, fp(E)=1/{exp[(Efp-E)+1]}。
②同時,仿照平衡載流子濃度的表示,也可以直接給出非平衡狀態時的總電子濃度n和非平衡狀態時的總空穴濃度p的表示式為
n=no+Δn=Nc×exp[-(Ec-Efn)/kT], p=po+Δp=Nv×exp[-(Efp-Ev)/kT]。
總之,對於非平衡狀態的半導體,沒有統一的一條Fermi能級,但是可以認為導帶和價帶分別處於準平衡狀態,則對於其中的非平衡電子和非平衡空穴,可以引入相應的電子準Fermi能級(Efn)和空穴準Fermi能級(Efp)來分別描述其分佈狀況。
在小注入情況下,對於非平衡態的n型半導體,其中電子是多數載流子,總的非平衡電子濃度與總的平衡電子濃度差不多,因此,這時電子的準Fermi能級與平衡態時系統的Fermi能級基本上是一致的,處於導帶底附近;但是空穴——少數載流子的準Fermi能級卻偏離平衡態時系統的Fermi能級較遠,處於近價帶頂附近。對於非平衡態的p型半導體,情況相反,空穴準Fermi能級與平衡態時系統的Fermi能級基本上是一致的,處於近價帶頂附近;而電子的準Fermi能級是處於導帶底附近。
④非平衡半導體中存在兩條準Fermi能級,即電子的準Fermi能級和空穴的準Fermi能級;並且這兩條準Fermi能級所分開的距離,與外加作用的強度有關(例如外加電壓越大,它們分開的距離就越大)。若去除外加作用,則由於非平衡載流子將要逐漸複合,相應的這兩條準Fermi能級即逐漸靠攏;當非平衡載流子完全消失以後,則這兩條準Fermi能級即合二為一,即回覆到平衡狀態時的一條Fermi能級。
例如pn結,在熱平衡時,雖然其中存在電荷(空間電荷)和電場(內建電場),但是兩邊的半導體具有相同的一條Fermi能級;而在外加有電壓時,pn結即處於非平衡狀態,這時兩邊的半導體中出現了非平衡少數載流子(注入或者抽出),因此兩邊的Fermi能級就分開了——一邊是電子的準Fermi能級,另一邊是空穴的準Fermi能級,兩邊準Fermi能級分開的大小即與外加電壓的高低有關。