費米能階

費米能階（），通常標示為「µ」或「EF」。也稱為「」The use of the term "Fermi energy" as synonymous with Fermi level (a.k.a. electrochemical potential) is widespread in semiconductor physics. For example: Electronics (fundamentals And Applications)  by D. Chattopadhyay, Semiconductor Physics and Applications  by Balkanski and Wallis.。

在能帶理論中，費米能階可視為熱力學平衡時，電子有50%機率佔據的假想能階。費米能階不需要對應到真正存在的能階（比如絕緣體的費米能階在能隙上），不過費米能階仍是精確定義過的熱力學物理量。

費米能階與費米能在定義上有所差異，費米能定義於絕對零度，費米能階在任何溫度皆有定義。

能帶結構


上式中，T是溫度(單位:K)，k是波茲曼常數。

f越接近1，表示該能量的態被電子佔據的概率越大，f越接近0，表示該能量的態被電子佔據的概率越小。如果態的能量剛好位於費米能階(即ϵ=µ)，電子占據的機率剛好會是50%。

費米能階(µ)在能帶結構中的位置可用來決定物質的導電性。

 絕緣體中，µ位於能隙上，與傳導帶和價帶相距甚遠。
 金屬、半金屬、退化半導體中，µ位於傳導帶上。
 無雜質半導體或少量摻雜的半導體中，µ雖位於能隙上，但與傳導帶和價帶較近。

半金屬與半導體可以透過摻雜或gating改變能帶與費米能階的相對位置，進而改變其導電性。

 參考資料 

Category:凝聚体物理学
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Category:電子能帶結構