Bandă interzisă indirectă
În fizica semiconductorilor , un bandgap indirect , numit și bandgap indirect, este un bandgap în care energia minimă din banda de conducție este deplasată de un vector k față de banda de valență . Diferența vector-k reprezintă o diferență de impuls .
Semiconductorii care au un decalaj de bandă indirect sunt ineficienți în emisia de lumină . Acest lucru se datorează faptului că fiecare electron prezent în banda de conducere se instalează rapid la energia minimă a benzii respective. Acestea din urmă necesită o sursă minimă de moment care să le permită să treacă pragul și să cadă în banda de valență . Fotonii au puțin moment în comparație cu acest nivel de energie. „Lovitura” de impuls a unui foton emis sau absorbit este neglijabilă, iar tranzițiile directe sunt în mare parte „verticale” în spațiul k.
Deoarece electronul nu poate recâștiga banda de valență prin recombinare radiantă , electronii din banda de conducere durează mult timp înainte de a se recombina în moduri mai puțin eficiente. Siliciul este un semiconductor indirect în bandă, deci nu este, în general, util în diode cu LED- uri sau diode laser .
Cu toate acestea, în siliciu, recombinările indirecte (neradiative) pot apărea în defecte punctuale sau în margini neregulate (superficiale). Dacă electronii excitați nu pot ajunge la aceste locuri de recombinare, nu au altă opțiune decât să cadă înapoi în banda de valență printr-un proces radiativ. Acest lucru poate fi realizat prin crearea unui cerc de dislocare în siliciu. La marginea acestui cerc, planurile de deasupra și dedesubtul „discului de dislocare” sunt trase în afară, creând o presiune negativă, care ridică substanțial energia benzii de conducere , determinând electronii să nu poată traversa această margine. Cu condiția ca zona directă deasupra discului de dislocare să fie lipsită de defecte (inhibând astfel recombinările neradiative), electronii vor cădea înapoi în învelișul de repaus prin recombinații radiative, adică prin emiterea de lumină. Acest principiu stă la baza realizării DELED ( Dislocation - Engineered LED ).
În mod similar, absorbția luminii la un decalaj indirect este mult mai slabă decât la un decalaj direct. Deoarece atât legile conservării energiei, cât și momentul trebuie să se aplice în procesul de emisie, singura modalitate de a promova un electron de la maximul benzii de valență la minimul benzii de conducere este acela de a emite simultan (sau de a absorbi) un fonon care face pentru moment lipsă: această tranziție combinată (ordinul doi) are o probabilitate mult mai mică.
Absorbția (culoarea) unui material cu decalaj indirect depinde de obicei de temperatură mai mult decât pentru un material cu decalaj direct, deoarece la temperaturi scăzute (de ex. 4K ) fononii nu sunt disponibili pentru un proces combinat (vibronic). De exemplu, siliciul începe să transmită lumina roșie la aceste temperaturi, deoarece fotonii roșii nu au suficientă energie pentru un proces direct.
În unele materiale cu bandgap indirect, valoarea bandgap este negativă, deci maximul benzii de valență este mai mare decât minimul benzii de conducere. Astfel de materiale sunt cunoscute sub numele de semimetale .
Elemente conexe
linkuri externe
- B. Van Zeghbroeck's Principles of Semiconductor Devices at Electric and Computer Engineering Department of University of Colorado at Boulder
- Limba în obraz, dar ghid precis pentru fizica semiconductorilor („Britney Spears”)
