(有機)半導体中におけるFermi準位

質問

Fermi準位とは、電子のとっている最も浅い準位の目安のように捕らえています。（金属では仕事関数値、半導体などでは平均値）

そこで質問なんですが、半導体では熱励起などによって、伝導体にも電子があるので禁制帯中にFermi準位があるのは分かるのですが、有機物などにおける十分に禁制帯幅が広い物質（ドープされていない有機物）などは、金属のように仕事関数とFermi準位は一致するのでしょうか？？つまりHOMO準位がイオン化エネルギーとなるのでしょうか？？

よろしくお願い致します。

回答No.1

piyoco123 · ベストアンサー

金属でしか仕事関数＝フェルミ準位のエネルギー値は成り立ちません。
質問者さんが書かれている通り、半導体や絶縁体では禁制帯の真ん中がフェルミ準位です。
また、イオン化エネルギー（仕事関数）はHOMOバンドの一番上の値です。

補足

ご回答ありがとうございます。

絶縁体などでは、電子が伝導体に励起されてない場合など、なぜFermi準位は禁制帯に存在するのでしょうか？？
電子の目安なら、HOMO準位と一致しそうな気がするのですが・・・

回答No.2

piyoco123

感覚的な言い方をすれば、要するにフェルミ準位は「電子が半分つまるエネルギー準位」です。
もし存在するならば、電子が半分存在するエネルギー準位が絶縁体では禁制帯の中にある、ということです。

マクロな物質では電子はぴっちりと占有軌道に詰まっているのではなく、非占軌道にもバラけて存在しています。
ＨＯＭＯは占有軌道自体のエネルギー準位、フェルミ準位はバラけ具合を考慮に入れた値です。
単分子ではイオン化エネルギーがきれいにきまりますが、
自由電子をもつ物質ではばらつきがあるのでそれを考慮に入れてあげないといけないということです。

お礼

つまり、占有軌道以外にも電子をとることがあるということですね。

２回も丁寧に答えていただきありがとうございました！