В собственном полупроводнике часть электронов может переходить на более высокие уровни. Энергия, необходимая для перехода из валентной зоны в зону проводимости, определяется шириной запрещенной зоны. Электроны, перешедшие в зону проводимости, называют свободными. Они могут перемещаться внутри кристалла под действием электрического ноля. Вылет электронов за пределы кристалла называют термоэмиссией, а энергию термоэмиссии — работой выхода. Энергии вылета соответствует потенциальный барьер на поверхности твердого тела. При обычных рабочих температурах энергией термоэмиссии обладает ничтожное количество электронов.
На зонных диаграммах работа выхода определяется разностью между уровнем свободного электрона вне твердого тела и уровнем Ферми: W = We — WF. Обозначим работы выхода из металла WFm и из полупроводников р и «-типа WF и WFn соответственно. В зависимости от соотношения работ выхода из металла и полупроводника электроны переходят в тот или иной слой.
Если работа выхода из металла меньше, чем работа выхода из полупроводника, то электроны переходят из металла в полупроводник. Этому случаю соответствуют контакты на рис. 2.12, а, г. Действительно, из соотношений работ выхода (We — WFm) < (We — WFp) и (We — WFm) < (We — WFil) следуют приведенные на этих рисунках неравенства уровней Ферми.
Если работа выхода из металла больше, чем из полупроводника, то электроны переходят из полупроводника в металла. Этому случаю соответствуют контакты на рис. 2.12, б, в. Действительно, из соотношений работ выхода (We — WFm) > (W(, — WFn) и (We — WFm) > > (We — Wft () следуют приведенные на этих рисунках неравенства уровней Ферми.
Поэтому обмен электронами между металлом и полупроводником часто характеризуют не разностью исходных уровней Ферми, а разностью работ выхода, используя в качестве критерия контактную разность потенциалов <�рк = AW/q, выраженную в вольтах. Значения срк для типовых комбинаций металлов и полупроводников приводятся в справочной литературе.
