Niveau de Fermi

Le niveau de Fermi est une caractéristique propre à un système qui traduit la répartition des électrons dans ce système en fonction de la température. La notion de niveau de Fermi est utilisé en physique et en électronique, notamment dans le cadre du développements des composants semi-conducteur.

Concrètement le niveau de Fermi est une fonction de la température mais il peut être considéré, en première approximation comme une constante. Laquelle équivaudrait alors au niveau de plus haute énergie occupé par les électrons du système 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 en fonction de l'énergie et ce quel 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 : ${\textrm {Fn}}(E)={\frac {1}{1+\exp {\frac {(E-E_{f})}{kT}}}}$

où E représente l'énergie d'un niveau courant

E_f représente le niveau de Fermi des électrons dans le système

T représente la température

k correspond à la constante de Boltzmann

et enfin Fn(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 permet de 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 toutes les autres températures, la répartition des électrons a une symétrie par rapport au niveau de Fermi, en ce sens que la somme des probabilités d'occupation de deux niveaux d'énergies symétriques par rapport au niveau de Fermi est unité. Et la probabilité d'occupation du niveau de Fermi par les électrons est 1/2