本質費米能階英文解釋翻譯、本質費米能階的近義詞、反義詞、例句

英語翻譯：

【電】 intrinsic fermi level

分詞翻譯：

本質的英語翻譯：

essence; genius; inbeing; essentiality; substance
【醫】 entity

費米的英語翻譯：

Fermi
【化】 femtometre (fm); fermi

能階的英語翻譯：

【電】 energy level

專業解析

本質費米能階（Intrinsic Fermi Level）是半導體物理學中描述純淨半導體材料電子能态的核心參數。它特指未摻雜的本征半導體（如矽、鍺）在熱平衡狀态下，費米能級在禁帶中的理論位置。此時導帶中的自由電子濃度與價帶中的空穴濃度相等，滿足$n_i = p_i$的關系（$n_i$為本征載流子濃度）。

從量子力學角度分析，本征費米能級$E_F^{int}$的位置由材料禁帶寬度$E_g$決定，其數學表達式可表示為： $$ E_F^{int} = frac{E_c + E_v}{2} + frac{3kT}{4}lnleft(frac{m_h^}{m_e^}right) $$ 式中$E_c$和$E_v$分别代表導帶底和價帶頂能量，$m_h^$和$m_e^$為空穴與電子的有效質量。該公式表明，當電子與空穴有效質量相等時，費米能級精确位于禁帶中線。

實驗研究表明，對于典型半導體材料，300K時本征矽的費米能級位于禁帶中央偏上約0.0073eV處，這與材料的能帶結構參數密切關聯。溫度升高會導緻費米能級位置産生微小偏移，這種熱力學效應在寬禁帶半導體中尤為顯著。

該概念在半導體器件設計中具有關鍵指導價值。美國國家标準技術研究院（NIST）的半導體參數數據庫中，本征費米能級被列為材料本征特性的基準參數之一，其精确測定數據為pn結設計和MOSFET阈值電壓計算提供理論基礎。

網絡擴展解釋

費米能級（Fermi level）是固體物理學中的核心概念，而“本征費米能級”特指材料在純淨狀态（未摻雜）時的費米能級位置。以下是詳細解釋：

1.基本定義

本征費米能級是純淨半導體（本征半導體）在熱平衡狀态下，電子和空穴濃度相等時對應的費米能級位置。它位于禁帶中央附近。
在絕對零度時，本征費米能級對應電子填充的最高能級（即所有低能态被填滿，高能态為空）。

2.物理意義

化學勢的體現：費米能級可視為電子的化學勢，代表系統中增加一個電子所需的能量。在熱平衡狀态下，半導體的費米能級需保持統一。
統計分布的關鍵：通過費米能級可确定電子在不同能級上的占據概率。例如，費米-狄拉克分布公式： $$ f(E) = frac{1}{1 + e^{(E-E_F)/kT}} $$ 其中，( E_F )為費米能級，( k )為玻爾茲曼常數。

3.在半導體中的應用

本征半導體：未摻雜時，費米能級位于禁帶中央，此時電子和空穴濃度相等（( n = p = n_i )）。
摻雜影響：摻雜會改變費米能級位置。例如，n型摻雜使其靠近導帶底，p型摻雜使其靠近價帶頂。

4.溫度的影響

隨着溫度升高，本征半導體的費米能級會略微偏離禁帶中央，但在實際分析中常近似認為其位于禁帶中央附近。

本征費米能級是分析半導體材料電學性質的基礎參數，尤其在研究載流子濃度、導電類型時至關重要。需注意，實際應用中費米能級的位置會因摻雜、溫度等因素變化。