1-7.Band-Gap

Dalam fizik keadaan pepejal, jurang band, yang juga dikenali sebagai jurang tenaga atau bandgap, adalah julat tenaga dalam pepejal di mana tiada keadaan elektron boleh wujud. Dalam graf struktur band elektronik pepejal, jurang band umumnya merujuk kepada perbezaan tenaga (dalam voltan elektron) di antara bahagian atas jalur valensi dan bahagian bawah jalur konduksi dalam penebat dan semikonduktor yang ditunjukkan sebagai angka di bawah. Ini bersamaan dengan tenaga yang diperlukan untuk membebaskan elektron shell luar dari orbitnya tentang nukleus untuk menjadi pembawa caj mudah alih, dapat bergerak dengan bebas dalam bahan pepejal. Jadi jurang band adalah faktor utama yang menentukan kekonduksian elektrik pepejal. Bahan -bahan dengan jurang band besar biasanya penebat, mereka yang mempunyai jurang band yang lebih kecil adalah semikonduktor, manakala konduktor sama ada mempunyai jurang band yang sangat kecil atau tidak, kerana jalur valensi dan konduksi bertindih.Pam-Xiamen boleh membekalkanwafer kristal tunggaldengan jurang band langsung atau tidak langsung.

Terdapat dua jenis jurang band, langsung dan tidak langsung kerana kaedah peralihan yang berbeza:

Skema jurang band langsung dan jurang band tidak langsung

1. Peralihan menegak (proses penyerapan cahaya langsung)

Sepadan dengan kes di mana bahagian bawah jalur konduksi dan bahagian atas jalur valensi berada pada titik yang sama di K-Space. Dalam peralihan ini, vektor gelombang elektron boleh dianggap sebagai malar. Ini adalah peralihan menegak, dan kami panggil semikonduktor ini sebagai semikonduktor bandgap langsung. Di antara semua semikonduktor, GaAs, INP, INSB, dan lain -lain adalah semikonduktor jurang langsung.

Ciri -ciri penting semikonduktor bandgap langsung: Apabila elektron dalam peralihan band valensi ke jalur konduksi, vektor gelombang elektron tetap tidak berubah, ini adalah peralihan menegak pada rajah band tenaga. Ini bermakna bahawa momentum elektron boleh kekal tidak berubah semasa proses peralihan, memenuhi undang -undang pemuliharaan momentum.

Conversely, if the conduction band electrons fall to the valence band (that is, electrons recombine with holes), they can also keep their momentum unchanged—direct recombination, that is, recombination occurs as soon as electrons and holes meet (no phonons are required to accept or provide momentum). Therefore, the lifetime of carriers in direct bandgap semiconductors will be very short; at the same time, this direct recombination can release almost all energy in the form of light, so luminous efficiency is very high. That’s why most light-emitting devices are made of direct bandgap semiconductors.

2. Non-Vertical Transition (Indirect Light Absorption Process)

Corresponding to the case where the conduction band edge and the valence band edge are at different points in the K space. Simply absorbing a photon transitions from the top of the valence band to the bottom of the conduction band, and the electron absorbs the photon and simultaneously absorbs or emits a phonon. Semiconductors whose conduction and valence band edges are at different points in k-space are often referred to as indirect bandgap semiconductors. Forming a half-full band requires not only absorbing energy, but also changing momentum. We call this the indirect band gap. Therein, indirect bandgap semiconductors include Ge, Si, etc. The non-vertical transition that occurs in indirect band gap semiconductors is a second-order process that occurs much less often than vertical transitions

It can be seen from the energy band map that the K value of the electrons in the indirect band gap semiconductor will change during the transition. This means that the positions of the electrons in the K space before and after the transition are different, so there is a great probability of releasing energy to the lattice, converting it into phonons, and releasing it as heat energy. However, the electrons in the direct band gap only have energy changes before and after the transition, but no position changes, so there is a greater probability of releasing energy in the form of photons. On the other hand, for the indirect transition type, electrons in the conduction band need momentum to recombine with holes in the valence band. Therefore, it is difficult to generate luminescence based on recombination. If you want the indirect bandgap material to emit light, doping can be introduced into the light-emitting body to improve the luminous efficiency.

Untuk maklumat lanjut, sila hubungi kami e-mel di[email protected] dan [email protected].