Запрещённая зона | это... Что такое Запрещённая зона? (original) (raw)
Ширина запрещённой зоны различных материалов
Материал | Форма | Энергия в эВ | |
---|---|---|---|
0 K | 300 K | ||
Элемент | |||
C (мод. Алмаз) | непрямая | 5,4 | 5,46–6,4 |
Si | непрямая | 1,17 | 1,12 |
Ge | непрямая | 0,75 | 0,67 |
Se | прямая | 1,74 | |
АIVВIV | |||
SiC 3C | непрямая | 2,36 | |
SiC 4H | непрямая | 3,28 | |
SiC 6H | непрямая | 3,03 | |
АIIIВV | |||
InP | прямая | 1,42 | 1,27 |
InAs | прямая | 0,43 | 0,355 |
InSb | прямая | 0,23 | 0,17 |
InN | прямая | 1,97 | |
GaN | прямая | 3,37 | |
GaP 3C | непрямая | 2,26 | |
GaSb | прямая | 0,81 | 0,69 |
GaAs | прямая | 1,52 | 1,42 |
AlxGa1-xAs | x<0,4 прямая,x>0,4 непрямая | 1,42–2,16 | |
AlAs | непрямая | 2,16 | |
AlSb | непрямая | 1,65 | 1,58 |
AlN | 6,2 | ||
АIIВVI | |||
TiO2 | 3,03 | 3,2 | |
ZnO | прямая | 3,436 | 3,37 |
ZnS | 3,56 | ||
ZnSe | прямая | 2,70 | |
CdS | 2,42 | ||
CdSe | 1,74 | ||
CdTe | прямая | 1,45 | |
CdS | 2,4 |
Запрещённая зона — область значений энергии, которыми не может обладать электрон в идеальном (бездефектном) кристалле.
Содержание
- 1 Основные сведения
- 2 Ширина запрещённой зоны
- 3 Прямые и непрямые переходы
- 4 См. также
- 5 Примечания
- 6 Источники
Основные сведения
В полупроводниках запрещённой зоной называют область энергий, отделяющую полностью заполненную электронами валентную зону (при Т=0 К) от незаполненной зоны проводимости. В этом случае шириной запрещённой зоны (см. рисунок) называется разность энергий между дном (нижним уровнем) зоны проводимости и потолком (верхним уровнем) валентной зоны.
Характерные значения ширины запрещённой зоны в полупроводниках составляют 0,1—4 эВ. Кристаллы с шириной запрещённой зоны более 4 эВ обычно относят к диэлектрикам.
Ширина запрещённой зоны
Ширина запрещённой зоны — это ширина энергетического зазора между дном зоны проводимости и потолком валентной зоны, в котором отсутствуют разрешённые состояния для электрона.
Величина ширины запрещённой зоны имеет важное значение при генерации света в светодиодах и полупроводниковых лазерах, поскольку именно она определяет энергию испускаемых фотонов. Для изготовления светодиодов и лазеров используются прямозонные полупроводники. В прямозонных полупроводниках экстремумы зон находятся при одном и том же значении волнового вектора, и генерация света происходит с большей вероятностью. В непрямозонных полупроводниках потолок валентной зоны и дно зоны проводимости разнесены в пространстве волновых векторов, для выполнения закона сохранения импульса нужно ещё испустить фонон с большим квазиимпульсом, и поэтому вероятность излучательной рекомбинации существенно ниже.
Ширина запрещённой зоны (минимальная энергия, необходимая для перехода электрона из валентной зоны в зону проводимости) составляет от нескольких сотых до нескольких электрон-вольт для полупроводников и свыше 6 эВ для диэлектриков. Полупроводники с шириной запрещённой зоны менее ~0.3 эВ называют узкозонными полупроводниками, а полупроводники с шириной запрещённой зоны более ~3 эВ — широкозонными полупроводниками.
не обязательно величина строго положительная. Она может оказаться и равной нулю, или даже отрицательной. При зоны проводимости и валентная смыкаются в точке , и для возникновения пары свободных носителей заряда тепловая активация не требуется. Соответственно концентрация носителей (а с ней и электропроводность вещества) оказывается отличной от нуля при сколь угодно низких температурах, как в металлах. Поэтому такие вещества относят к полуметаллам. К числу их относится, например, серое олово. При валентная зона и зона проводимости перекрываются. Пока это перекрытие не слишком велико, рассматриваемое вещество также оказывается полуметаллом. Видимо, так обстоит дело в теллуриде и селениде ртути, а также в ряде других соединений.[1]
Прямые и непрямые переходы
Полупроводники, переход электрона в которых из зоны проводимости в валентную зону не сопровождается потерей импульса (прямой переход), называются прямопереходными.
Полупроводники, переход электрона в которых из зоны проводимости в валентную зону сопровождается потерей импульса, которая приводит к испусканию фонона (непрямой переход), называются непрямопереходными. При этом, в процессе поглощения энергии, кроме электрона и фотона, должна участвовать ещё и третья частица (например, фонон), которая заберёт часть импульса на себя. Но обычно случается так, что фотон даже не испускается, а всю энергию на себя забирает электрон.
Наличие прямых и непрямых переходов объясняется зависимостью энергии электрона от его импульса. При излучении или поглощении фотона при таких переходах общий импульс системы электрон-фотон сохраняется согласно закону сохранения импульса.
См. также
Примечания
- ↑ Бонч-Бруевич В.Л., Калашников С.Г. Физика полупроводников М.:"Наука" 1990 г. - С.129
Источники
- А Н. Игнатов - «Оптоэлектронные приборы и устройства», ЭКОТРЕНДЗ, Москва 2006