Der Hauptunterschied zwischen der Fermi-Energie und dem Fermi-Niveau besteht darin, dass die Fermi-Energie die Energie des Fermi-Niveaus ist, während das Fermi-Niveau ein Maß für die am wenigsten fest gebundenen Elektronen innerhalb eines Festkörpers ist.
Die Begriffe Fermienergie und Ferminiveau sind nach dem Physiker Enrico Fermi benannt. Die Fermi-Energie ist der Energiewert für ein Fermi-Niveau bei absoluter Nulltemperatur (bei 0 K), während das Fermi-Niveau das chemische Potential von Elektronen ist.
Was ist Fermi-Energie?
Fermi-Energie ist der Energiewert für ein Fermi-Niveau bei absoluter Nulltemperatur (bei 0 K). Es ist die maximale kinetische Energie, die ein Elektron bei dieser Temperatur haben kann. Darüber hinaus ist der Wert der Fermi-Energie für einen bestimmten Festkörper konstant. Wir können den Begriff Fermi-Energie als das höchste besetzte Energieniveau eines Materials bei absoluter Nulltemperatur definieren. Mit anderen Worten, alle Elektronen eines Festkörpers neigen dazu, Energiezustände bei oder unter der Fermi-Energie des Festkörpers bei einer Temperatur von 0 K einzunehmen.
In Metallen gibt die Fermi-Energie die Geschwindigkeit der Elektronen während der Leitung an. Daher tragen während der Leitung von Metallen nur Elektronen mit einer Energie nahe der Fermi-Energie zu dem Prozess bei.
Abbildung 01: Vergleich der Bandlücken von Metall, Halbleiter und Isolator
Darüber hinaus ist das Konzept der Fermi-Energie wichtig, um das Verh alten von Halbleitern zu beschreiben. Beispielsweise haben Halbleiter vom n-Typ ihre Fermi-Energie nahe dem Leitungsband. Im Gegensatz dazu haben Halbleiter vom p-Typ ihre Fermi-Energie nahe am Valenzband.
Was ist das Fermi-Niveau?
Fermi-Niveau ist das chemische Potential von Elektronen. Es ist ein Energieniveau, bei dem die Wahrscheinlichkeit, ein Elektron zu finden, 50 % beträgt. Es ist das höchste besetzte Molekülorbital im Valenzband bei 0 K. Daher gibt es viele unbesetzte Zustände, um Elektronen aufzunehmen. Das Fermi-Niveau liegt an der Bandlücke zwischen Leitungsband und Valenzband.
Was ist der Unterschied zwischen Fermienergie und Ferminiveau?
Fermi-Energie ist der Energiewert für ein Fermi-Niveau bei absoluter Nulltemperatur (bei 0 K), während das Fermi-Niveau das chemische Potential von Elektronen ist. Wir können also sagen, dass der Hauptunterschied zwischen der Fermi-Energie und dem Fermi-Niveau darin besteht, dass die Fermi-Energie die Energie des Fermi-Niveaus ist, während das Fermi-Niveau ein Maß für die am wenigsten fest gebundenen Elektronen innerhalb eines Festkörpers ist.
Die folgende Infografik enthält zusätzliche Details zum Unterschied zwischen Fermi-Energie und Fermi-Niveau.
Zusammenfassung – Fermi-Energie vs. Fermi-Niveau
Fermi-Energie ist der Energiewert für ein Fermi-Niveau bei absoluter Nulltemperatur (bei 0 K), während das Fermi-Niveau das chemische Potential von Elektronen ist. Daher besteht der Hauptunterschied zwischen Fermi-Energie und Fermi-Niveau darin, dass die Fermi-Energie die Energie des Fermi-Niveaus ist, während das Fermi-Niveau ein Maß für die am wenigsten fest gebundenen Elektronen innerhalb eines Festkörpers ist.
