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Estadística de Fermi-Dirac y Nivel de Fermi

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El nivel de Fermi E_F es el parámetro termodinámico que resume el efecto del dopaje sobre la ocupación de estados; determina n y p en cualquier régimen no degenerado.

>Modelo

ID:('ky', 1729)


Distribución de Fermi-Dirac

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$f(E)=\frac{1}{1+e^{(E-E_F)/k_BT}}$

$f(E)$
Probabilidad de ocupación Fermi-Dirac
$1$
$T$
Temperatura
$K$
$E$
Energía del estado observado
$J$
$E_F$
Nivel de Fermi
$J$
$k_B$
Constante de Boltzmann
$J/K$



>Modelo

ID:('gm', 14912)


Nivel de Fermi intrínseco

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$E_{Fi}=\frac{E_{c0}+E_{v0}}{2}+\frac{k_BT}{2}\ln\frac{N_v}{N_c}$

$N_c$
Densidad efectiva de estados conducción
$1/m³$
$N_v$
Densidad efectiva de estados valencia
$1/m³$
$T$
Temperatura
$K$
$E_{c0}$
Borde de banda de conducción
$J$
$E_{v0}$
Borde de banda de valencia
$J$
$E_{Fi}$
Nivel de Fermi intrínseco
$J$
$k_B$
Constante de Boltzmann
$J/K$



>Modelo

ID:('gm', 14913)


Nivel de Fermi tipo n

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$E_F=E_{c0}-k_BT\ln\frac{N_c}{n}$

$n$
Concentración de electrones
$1/m³$
$N_c$
Densidad efectiva de estados conducción
$1/m³$
$T$
Temperatura
$K$
$E_{c0}$
Borde de banda de conducción
$J$
$E_F$
Nivel de Fermi
$J$
$k_B$
Constante de Boltzmann
$J/K$



>Modelo

ID:('gm', 14914)


Nivel de Fermi tipo p

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$E_F=E_{v0}+k_BT\ln\frac{N_v}{p}$

$p$
Concentración de huecos
$1/m³$
$N_v$
Densidad efectiva de estados valencia
$1/m³$
$T$
Temperatura
$K$
$E_{v0}$
Borde de banda de valencia
$J$
$E_F$
Nivel de Fermi
$J$
$k_B$
Constante de Boltzmann
$J/K$



>Modelo

ID:('gm', 14915)


Densidad efectiva conducción

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$N_c=2\left(\frac{2\pi m_e^*k_BT}{h^2}\right)^{1.5}$

$N_c$
Densidad efectiva de estados conducción
$1/m³$
$T$
Temperatura
$K$
$m_e^*$
Masa efectiva del electrón
$kg$
$h$
Constante de Planck
$J·s$
$k_B$
Constante de Boltzmann
$J/K$



>Modelo

ID:('gm', 14916)


Densidad efectiva valencia

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$N_v=2\left(\frac{2\pi m_h^*k_BT}{h^2}\right)^{1.5}$

$N_v$
Densidad efectiva de estados valencia
$1/m³$
$T$
Temperatura
$K$
$m_h^*$
Masa efectiva del hueco
$kg$
$h$
Constante de Planck
$J·s$
$k_B$
Constante de Boltzmann
$J/K$



>Modelo

ID:('gm', 14917)


Concentración intrínseca

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$n_i=\sqrt{N_cN_v}e^{-E_g/(2k_BT)}$

$n_i$
Concentración intrínseca
$1/m³$
$N_c$
Densidad efectiva de estados conducción
$1/m³$
$N_v$
Densidad efectiva de estados valencia
$1/m³$
$T$
Temperatura
$K$
$E_g$
Bandgap
$J$
$k_B$
Constante de Boltzmann
$J/K$



>Modelo

ID:('gm', 14918)


Neutralidad y acción de masas

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$n=\frac{N_D-N_A+\sqrt{(N_D-N_A)^2+4n_i^2}}{2}$

$N_A$
Concentración de aceptores
$1/m³$
$N_D$
Concentración de donadores
$1/m³$
$n$
Concentración de electrones
$1/m³$
$n_i$
Concentración intrínseca
$1/m³$



>Modelo

ID:('gm', 14919)


Huecos

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$p=\frac{n_i^2}{n}$

$n$
Concentración de electrones
$1/m³$
$p$
Concentración de huecos
$1/m³$
$n_i$
Concentración intrínseca
$1/m³$



>Modelo

ID:('gm', 14920)


Dinámica térmica

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$\frac{dT}{dt}=\frac{T_{target}-T}{\tau}$

$T$
Temperatura
$K$
$T_{target}$
Temperatura objetivo ajustable
$K$
$ au$
Constante temporal
$s$



>Modelo

ID:('gm', 14921)


Estructura del modelo

Descripción

Red de modelo


Primero, seleccione la ecuación:   a ,  luego, seleccione la variable:   a 

Símbolo
Ecuación
Resuelto
Traducido

Cálculos

Símbolo
Ecuación
Resuelto
Traducido

 Variable   Dado   Calcule   Objetivo :   Ecuación   A utilizar



Variables

Símbolo
Texto
Variable
Valor
Unidades
Calcule
Valor MKS
Unidades MKS
$f(E)$
f_FD
Probabilidad de ocupación Fermi-Dirac
1
$N_A$
N_A
Concentración de aceptores
1/m³
$N_D$
N_D
Concentración de donadores
1/m³
$n$
n_e_conc
Concentración de electrones
1/m³
$p$
p_h_conc
Concentración de huecos
1/m³
$n_i$
n_i
Concentración intrínseca
1/m³
$N_c$
N_c
Densidad efectiva de estados conducción
1/m³
$N_v$
N_v
Densidad efectiva de estados valencia
1/m³
$T$
T
Temperatura
K
$T_{target}$
T_target
Temperatura objetivo ajustable
K
$m_e^*$
m_e_star
Masa efectiva del electrón
kg
$m_h^*$
m_h_star
Masa efectiva del hueco
kg
$h$
h_planck
Constante de Planck
J·s
$E_g$
E_g
Bandgap
J
$E_{c0}$
E_c0
Borde de banda de conducción
J
$E_{v0}$
E_v0
Borde de banda de valencia
J
$E$
E_state
Energía del estado observado
J
$E_F$
E_F
Nivel de Fermi
J
$E_{Fi}$
E_Fi
Nivel de Fermi intrínseco
J
$k_B$
k_B
Constante de Boltzmann
J/K
$ au$
tau
Constante temporal
s

ID:(0, 1729)


gphysics.net - Dr. Willy H. Gerber
Palos Verdes, Costa de Corral, Región de los Rios, Chile