フェルミエネルギーとフェルミレベルの違い

フェルミ準位との大きな違いは、フェルミ準位が固体中の最も強く結合した電子のエネルギーであるのに対し、フェルミエネルギー準位は...

フェルミ準位との大きな違いは、フェルミ準位が固体中で最も強く結合している電子のエネルギーであることだ。

フェルミエネルギーとフェルミエネルギー準位は、物理学者エンリコ・フェルミにちなんで命名された。フェルミ準位は絶対零度（0K）でのエネルギー値であり、フェルミエネルギー準位は電子の化学ポテンシャルである。

カタログ

1. 概要と主な違い 2. フェルミエネルギーとは 3. フェルミエネルギー準位とは 4. 並列比較 - フェルミエネルギーとフェルミエネルギー準位を表形式で 5. まとめ

フェルミエネルギーは何ですか？

フェルミエネルギーとは、絶対零度（0K）におけるフェルミエネルギー準位のエネルギーの値です。この温度で電子が到達できる運動エネルギーの最大値です。さらに、フェルミエネルギーの値は、ある固体に対して一定である。フェルミ・エネルギーとは、絶対零度における物質の最高占有エネルギー準位と定義することができる。つまり、0Kの温度では、固体中のすべての電子は、その固体のフェルミエネルギーと等しいか、それ以下のエネルギー状態を占める傾向がある。

金属では、フェルミエネルギーが伝導過程における電子の速度を与える。そのため、金属中の伝導過程では、フェルミエネルギーに近いエネルギーを持つ電子のみがプロセスに関与することになる。

図01：金属、半導体、絶縁体のバンドギャップの比較

また、半導体の挙動を記述する際には、フェルミエネルギーの概念が重要である。例えば、n型半導体のフェルミエネルギーは伝導帯に近い。一方、p型半導体のフェルミエネルギーは、価電子帯に近い。

フェルミレベルは何ですか？

フェルミ準位とは、電子の化学ポテンシャルのことである。電子が見つかる確率が50％になるエネルギー準位である。0 K価電子帯の中で最も占有率の高い分子軌道であるため、電子を受け入れる空き状態が多く存在する。フェルミエネルギー準位は、伝導帯と価電子帯の間のバンドギャップに位置しています。