Fermi energy
以N型半导体为例，当掺杂杂质原子之前，在它的能带图中，费米能级formula_1位于价带顶formula_2和导带底formula_3的中线处。如果逐渐添加施主杂质，在轻度掺杂的情况下，杂质原子会形成杂质能级，并通过受热激发的形式向-{}-导带提供电子，费米能级将逐渐向-{}-导带靠拢。继续增加施主杂质掺杂浓度，当费米能级接近导带底，使得formula_4（其中formula_5为波尔兹曼常数，formula_6为半导体的热力学温标），这时半导体为弱简并状态；如果费米能级进入导带，即formula_7，则半导体处于简并状态。分析处于简并状态下半导体的载流子浓度必须应用严格的费米–狄拉克统计，而不能采用数学计算相对简单的麦克斯韦-玻尔兹曼统计，这是由于导带底附近的量子态基本上都被电子占据（价带顶附近的量子态也基本上都被空穴占据），微观粒子之间的情况必须考虑泡利不相容原理。研究发现，当N型半导体处于简并状态下时，其施主杂质并未完全电离，在室温下硅半导体中只有8.4%的施主杂质电离。