Niveau de Fermi

Le niveau de Fermi est une caractéristique propre à un dispositif qui traduit la répartition des électrons dans ce dispositif selon la température.

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Physique quantique - Physique statistique - Statistiques

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Le niveau de Fermi est une caractéristique propre à un dispositif qui traduit la répartition des électrons dans ce dispositif selon la température. La notion de niveau de Fermi est utilisée en physique et en électronique, surtout dans le cadre du développements des composants semi-conducteurs.

Concrètement le niveau de Fermi est une fonction de la température mais il peut être reconnu, en première approximation, comme une constante. Laquelle équivaudrait alors au niveau de plus haute énergie occupé par les électrons du dispositif à la température de 0 K.

Complément d'information sur la répartition des électrons autour du niveau de Fermi

Le niveau de Fermi est une caractéristique indispensable pour connaître la répartition des électrons selon l'énergie et ce quelle que soit la température. En effet, les électrons qui sont des fermions obéissent à la statistique d'occupation des niveaux d'énergie de Fermi-Dirac : $F(E)=\frac{1}{1+\exp \frac{(E-E_f)}{k_BT}}$

où $E f$ représente le niveau de Fermi des électrons dans le dispositif, $T$ est la température, $k B$ est la constante de Boltzmann et $F (E)$ traduit la probabilité d'occupation du niveau par des électrons.

Cette formule qui nous donne la statistique d'occupation des niveaux d'énergie par les fermions nous sert à mettre en avant différents points concernant le niveau de Fermi et la répartition énergétique des électrons :

A $T = 0$ K, la statistique d'occupation des électrons est en marche d'escalier, les niveaux d'énergie inférieurs à celui de Fermi sont tous occupés, et aucun au-dessus.
A l'ensemble des autres températures, la répartition des électrons a une symétrie comparé au niveau de Fermi, en ce sens que la somme des probabilités d'occupation de deux niveaux d'énergies symétriques comparé au niveau de Fermi est unité. Et la probabilité d'occupation du niveau de Fermi par les électrons est 1/2.

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