FermiEbene

FermiEbene, auch Fermi-Ebene genannt, bezeichnet in der Festkörperphysik das Fermi-Niveau, den chemischen Potenzialwert der Elektronen in einem Festkörper bei einer gegebenen Temperatur. Bei T = 0K entspricht es dem Fermi-Energie, dem höchsten besetzten Einzelteilchenzustand im System.

Bei endlichen Temperaturen folgt die Besetzung der Zustände der Fermi-Dirac-Verteilung; das Fermi-Niveau ist der Energiepegel, an dem die Besetzungswahrscheinlichkeit ungefähr 1/2 liegt. Die Elektronenzustände ergeben sich aus der Integration der Zustandsdichte ρ(E) mit der Verteilungsfunktion f(E, T).

In Metallen liegt die Fermi-Ebene typischerweise innerhalb der Leitungsbande; in intrinsischen Halbleitern liegt sie nahe der Bandlücke, während Dotierung das Fermi-Niveau in Richtung Donor- oder Akzeptorzustände verschiebt (n-Typ bzw. p-Typ Material).

Die FermiEbene bestimmt die Ladungsträgerdichte, die elektrische Leitfähigkeit und das Band- bzw. Randverhalten an Oberflächen. In Grenzflächen und Heterostrukturen beeinflusst sie die Arbeitspunkt-Verschiebung (Work function) und die Bandbiegung, was Kontakte und Grenzflächen-Eigenschaften maßgeblich prägt.

Messbar ist die Fermi-Ebene nicht direkt; sie wird indirekt aus Experimenten abgeleitet, etwa durch Photoemission (ARPES), Rastertunnelmikroskopie (STS) und Kelvin-Probe-Messungen, die energetische Eigenschaften von Elektronen an der Oberfläche liefern.

Verwandte Begriffe sind die Fermi-Verteilung, das chemische Potenzial μ(T), die Fermienergie EF sowie die Fermi-Oberfläche im k-Raum.

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