Nella fisica dello stato solido, un gap di banda, chiamato anche gap energetico o gap di banda, è un intervallo di energia in un solido in cui non possono esistere stati elettronici. Nei grafici della struttura delle bande elettroniche dei solidi, il gap di banda si riferisce generalmente alla differenza di energia (in elettronvolt) tra la parte superiore della banda di valenza e la parte inferiore della banda di conduzione negli isolanti e nei semiconduttori mostrati nella figura seguente. Ciò equivale all'energia necessaria per liberare un elettrone del guscio esterno dalla sua orbita attorno al nucleo per diventare un portatore di carica mobile, in grado di muoversi liberamente all'interno del materiale solido. Quindi il gap di banda è un fattore importante che determina la conduttività elettrica di un solido. Le sostanze con ampie bande proibite sono generalmente isolanti, quelle con bande proibite più piccole sono semiconduttori, mentre i conduttori hanno bande proibite molto piccole o nessuna, perché le bande di valenza e di conduzione si sovrappongono.PAM-XIAMEN può fornirewafer monocristallinicon band gap diretto o indiretto.

Esistono due tipi di band gap, diretti e indiretti dovuti alle diverse modalità di transizione:

Schema del band gap diretto e del band gap indiretto

1. Transizione verticale (processo di assorbimento della luce diretta)

Corrisponde al caso in cui la parte inferiore della banda di conduzione e la parte superiore della banda di valenza si trovano nello stesso punto nel k-spazio. In questa transizione, il vettore d'onda dell'elettrone può essere considerato costante. Questa è una transizione verticale e chiamiamo questo semiconduttore un semiconduttore con bandgap diretto. Tra tutti i semiconduttori, GaAs, InP, InSb, ecc. sono semiconduttori con gap di banda diretto.

Proprietà importanti dei semiconduttori con bandgap diretto: quando gli elettroni nella banda di valenza passano alla banda di conduzione, il vettore d'onda degli elettroni rimane invariato, questa è una transizione verticale sul diagramma delle bande di energia. Ciò significa che la quantità di moto dell'elettrone può rimanere invariata durante il processo di transizione, soddisfacendo la legge di conservazione della quantità di moto.

Al contrario, se gli elettroni della banda di conduzione cadono nella banda di valenza (cioè gli elettroni si ricombinano con le lacune), possono anche mantenere invariato il loro momento: ricombinazione diretta, cioè la ricombinazione avviene non appena elettroni e lacune si incontrano (non sono necessari fononi) accettare o dare slancio). Pertanto, la durata dei portatori nei semiconduttori con bandgap diretto sarà molto breve; allo stesso tempo, questa ricombinazione diretta può rilasciare quasi tutta l'energia sotto forma di luce, per cui l'efficienza luminosa è molto elevata. Ecco perché la maggior parte dei dispositivi a emissione di luce sono costituiti da semiconduttori con bandgap diretto.

2. Transizione non verticale (processo di assorbimento della luce indiretto)

Corrisponde al caso in cui il bordo della banda di conduzione e il bordo della banda di valenza si trovano in punti diversi nello spazio K. Assorbendo semplicemente un fotone, si passa dalla parte superiore della banda di valenza alla parte inferiore della banda di conduzione e l'elettrone assorbe il fotone e contemporaneamente assorbe o emette un fonone. I semiconduttori i cui bordi della banda di conduzione e di valenza si trovano in punti diversi nello spazio k sono spesso indicati come semiconduttori con bandgap indiretto. Formare una banda piena a metà richiede non solo l’assorbimento di energia, ma anche il cambiamento dello slancio. Lo chiamiamo gap di banda indiretto. In essi, i semiconduttori con gap di banda indiretto includono Ge, Si, ecc. La transizione non verticale che si verifica nei semiconduttori con gap di banda indiretto è un processo di secondo ordine che si verifica molto meno spesso delle transizioni verticali

Dalla mappa delle bande di energia si può vedere che il valore K degli elettroni nel semiconduttore con gap di banda indiretto cambierà durante la transizione. Ciò significa che le posizioni degli elettroni nello spazio K prima e dopo la transizione sono diverse, quindi c'è una grande probabilità di rilasciare energia al reticolo, convertirla in fononi e rilasciarla come energia termica. Tuttavia, gli elettroni nella banda proibita diretta subiscono solo cambiamenti di energia prima e dopo la transizione, ma nessun cambiamento di posizione, quindi c'è una maggiore probabilità di rilasciare energia sotto forma di fotoni. D'altra parte, per la transizione indiretta, gli elettroni nella banda di conduzione necessitano di quantità di moto per ricombinarsi con le lacune nella banda di valenza. Pertanto, è difficile generare luminescenza basata sulla ricombinazione. Se si desidera che il materiale con bandgap indiretto emetta luce, è possibile introdurre del drogaggio nel corpo emittente luce per migliorare l'efficienza luminosa.

Per ulteriori informazioni potete contattarci via e-mail all'indirizzovictorchan@powerwaywafer.com e powerwaymaterial@gmail.com.