Электроника ва схемотехника

Ферми сатҳи. Берилган температурада ҳаракатчан ва қўзғалмас заряд ташувчилар концентрацияси Ферми сатҳи W_F ҳолати билан аниқланади. Бу сатҳ бир электронга мос келувчи жисмнинг ўртача иссиқлик энергиясига мос келади. Абсолют ноль температурадан фарқли температурада бу сатҳнинг тўлиш эҳтимоли 0,5 га тенг.
Электронлар ва ковакларнинг ўртача иссиқлик энергияси ярим ўтказгич температураси билан аниқланади ва kТ га тенг, бу ерда k – Больцман доимийси, Т – абсолют температура. Қаттиқ жисмда заррачалар ҳаракатини ифодалайдиган Больцман қонунига асосан, n – ярим ўтказгичдаги энергияси W_i кичик бўлмаган электронлар қуйидагига тенг:


(1.1)

бу ерда n_n – эркин электронларнинг тўлиқ концентрацияси. Худди шундай ифодалар ковакларни энергия бўйлаб тақсимотини ифодалайди. (1.1) дан кўриниб турибдики, заррача энергиясининг ортиши билан, заррачалар сони кескин камаяди.

Иккала ишорадаги эркин заряд ташувчилар концентрацияси тенг бўлган хусусий ярим ўтказгичлар учун Ферми сатҳи таъқиқланган зонанинг ўртасидан ўтади. Электронли ярим ўтказгичда электронларнинг (бутун ярим ўтказгичнинг) ўртача энергияси юқори бўлади, демак Ферми сатҳи ўртадан ўтказувчанлик зонаси туби томонга силжийди ва донор киритма концентрацияси қанча юқори бўлса, шунча ўтказувчанлик зонаси туби томонга яқинлашади. Р- турдари ярим ўтказгичда Ферми сатҳи таъқиқланган зона ўртасидан валент зона шипи томонга силжийди ва акцептор киритма концентрацияси қанча юқори бўлса, шунча валент зонаси шипи томонга яқинлашади.
Баъзи ярим ўтказгичли асбобларда (туннель диодлари, туннель тешилишли стабилитронлар) ажралмаган ярим ўтказгичлар қўлланилади. Бундай ярим ўтказгичларда Ферми сатҳи рухсат этилган зоналарда: электронли ярим ўтказгич учун – ўтказувчанлик зонасида, ковакли ярим ўтказгич учун – валент зонада жойлашади. Ажралмаган ярим ўтказгичлар жуда катта киритма концентрацияси (10¹⁹ – 10²¹ см^-3) ҳисобига ҳосил қилинадилар.