半导体中的Ec-Ev-Ef之间有什么关系

Ec, Ev, Ef这套系统是用来描述材料内电子系统的能量状态的。

Ec是导带，是这个电子系统中比较高的一种能量状态，大于等于这个能量状态的电子脱离了材料中单个原子的束缚，是可以在电场的作用下在材料中移动的。所以叫导带。

Ev是价带，是这个能量系统中比较低的能量状态，小于或等于这个能量状态的电子是被某个原子束缚住的，是形成了价键的。所以叫价带。

Ef是费米能级，是这个电子系统的化学势，体现了电子系统活跃性，某种程度上可以说能体现系统的总能量。（自由电子的能量越高和自由电子总数目越大化学势越大）。

除了这三个基本概念以外，你还得了解下面几个事实才能了解这三个量之间的关系。

1.半导体中，电子稳定的能量状态只能大于等于Ec或者小于等于Ev，在Ec和Ev之间的能量状态是不稳定的。

2.半导体中，大于等Ec的电子基本上在Ec附近，小于等于Ev的电子基本上在Ev附近。

3.半导体中导电机制有两种。一种是上面提到过的能量在导带以上的电子，在电场作用下在材料中移动，移动速度快;一种是能量在价带以下的电子，虽然和原子成键了，但是这些电子是可以在电场作用下，在相邻原子的价键之间移动的。大部分原子都是有电子成价键的，少数的原子中的电子跑掉了，形成了空位，在电场的作用下，附近原子的电子跑来填充这个空位，这个空位就移动了。所以第二种导电机制就是价带以下的电子空位在电场作用下移动导电，移动速度较慢。这些空位也叫空穴。

现在就可以说说Ec, Ev, Ef之间的关系了。

没有掺杂的半导体（本征半导体），Ef大约在正中心的位置（实际上会略微偏上或者偏下，受材料种类、温度影响）。

当往本征半导体中掺杂了施主杂质（就是能够提供电子的杂质），相当于往电子系统中加入电子（因为施主能级在Ec附近），所以电子系统的总能量变高，Ef往Ec方向移动。这种半导体叫n型半导体。

同理，当往本征半导体中掺杂了受主杂质（就是能够容纳额外电子的杂质），相当于在电子系统中把一部分自由电子束缚住，减少了自由电子数目，所以电子系统的平均能量状态往Ev方向移动。这种半导体叫p型半导体。

这三个量之间的关系大概就是上述所说。

能带图描述的是静态时电子系统的能量

静态的意思就是没有外加电场作用时，系统达到了平衡状态。

而平衡状态时，Ef作为表征电子系统活跃性或总能量的量，是必须处处相等的，如果有的地方Ef高有的地方Ef低，就说明系统还没有达到平衡状态，Ef高的地方电子浓度高或能量高，会往Ef低的地方扩散，最后达到电子系统的平衡状态，即Ef处处相等。

pn结能带图是下面这样的。

还有p-type和n-type之间的Ef距离大小，对性能有什么影响？

如果理解了我上面给你说的，估计你就不会问这个问题了。这个问题不知道你是因为哪里产生了误解所以问出来的，我想大家应该都没看懂你想问啥。

关于问题和学习方法的建议

这个描述是为了非半导体专业的人士便于理解而简化后的模型，大概关系是对的，但是基本上没有用太多术语，所以准确性不是很高。准确性和易懂性是对立的。

半导体专业还是要去肯刘恩科的《半导体物理第7版》的1-5章，有公式配合的很系统准确的论述。

如果看不懂专业的书籍，可以看一些专门为了非理工科的人写的书，这些书里面没什么公式推导，就是非常详细地描述，有配图，比我单纯地在这里说容易理解很多。

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