什么是“费米能级钉扎效应”（半导体物理或固体物理中的）

2025-03-17 08:02:17

推荐回答（4个）

回答1：

费米能级不随掺杂而发生位置变化的效应，称为费米能级的钉扎效应（Pinning effect）。费米能级钉扎效应是半导体物理中的一个重要概念。

费米能级，温度为绝对零度时固体能带中充满电子的最高能级。常用EF表示。对于固体试样，由于真空能级与表面情况有关，易改变，所以用该能级作为参考能级。电子结合能就是指电子所在能级与费米能级的能量差。

扩展资料

Fermi能级钉扎效应的影响

在这种效应起作用的时候，向半导体中即使掺入很多的施主或者受主，但由于Fermi能级不能移动，则这些杂质都不能被激活（即不能提供载流子），故也不能改变半导体的型号，也因此难于通过杂质补偿来制作出pn结。

在半导体表面或者界面中，如果出现了Fermi能级钉扎效应的话，那么半导体表面能带弯曲的情况将变得较复杂。

参考资料来源：百度百科-费米能级

参考资料来源：百度百科-费米钉扎

回答2：

费米能级钉扎效应是半导体物理中的一个重要概念。本来半导体中的Fermi能级是容易发生位置变化的。例如，掺入施主杂质即可使Fermi能级移向导带底，半导体变成为n型半导体；掺入受主杂质即可使Fermi能级移向价带顶，半导体变成为p型半导体。但是，若Fermi能级不能因为掺杂等而发生位置变化的话，那么就称这种情况为费米能级钉扎效应。在这种效应起作用的时候，往半导体中即使掺入很多的施主或者受主，但不能激活（即不能提供载流子），故也不能改变半导体的型号，也因此难于通过杂质补偿来制作出pn结。
产生费米能级钉扎效应的原因，与材料的本性有关。宽禁带半导体（GaN、SiC等）就是一个典型的例子，这种半导体一般只能制备成n型或p型的半导体，掺杂不能改变其型号（即Fermi能级不能移动），故称为单极性半导体。一般，离子性较强的半导体（如Ⅱ-Ⅵ族半导体，CdS、ZnO、ZnSe、CdSe）就往往是单极性半导体。这主要是由于其中存在大量带电缺陷，使得费米能级被钉扎住所造成的。正因为如此，采用GaN来制作发兰光的二极管时，先前就遇到了很大的困难，后来通过特殊的退火措施才激活了掺入的施主或受主杂质，获得了pn结——制作出了发兰色光的二极管。
非晶态半导体也往往存在费米能级钉扎效应。制作出的非晶态半导体多是高阻材料,Fermi能级不能因掺杂而移动，这也是由于其中有大量缺陷的关系。
此外，半导体表面态密度较大时也往往造成费米能级钉扎效应。这在M-S系统和MOS系统中起着重要的作用。

回答3：

就是高表面态半导体的表面能带发生固定值的弯曲。在表面态中，存在一个距离表面价带顶约 1/3个禁带宽度的能级，此能级以上全是受主能级，以下全是施主能级。假定起初能带未弯曲，由于表面受主态的数量远大于施主态的数量，故能带将向上弯曲，若距价带顶约 1/3个禁带宽度的能级上升到费米能级以上一点，由于表面态极高，占据受主能级的电子急剧减少而占据施主能级的空穴急剧增加，导致表面势急剧下降，从而能带向下弯曲。同样，若距价带顶约 1/3个禁带宽度的能级下降到费米能级以下一点，能带又会向上弯曲。这样能带将最终稳定在使价带顶距离费米能级约 1/3个禁带宽度的位置，似乎费米能级是一根钉子，把能带给钉在了墙壁上而动弹不得，这就是费米能级钉扎效应名称的由来。

回答4：

当金属-半导体，金属-绝缘体，半导体-半导体等异质结接触时，理想状态的异质结费米能级是对准的。然而由于异质结界面态等因素的影响，两者费米能级不能对准而存在一个偏差。在金属栅/高k栅介质晶体管中，表现为金属费米能级向一个特征值的移动，而这个特征值往往与金属材料的选择无关而只与高k介质有关，被称为“费米能级钉扎效应”。

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