заборонена зона

Матеріал з Вікіпедії - вільної енциклопедії

Поточна версія сторінки поки не перевіряв досвідченими учасниками і може значно відрізнятися від версії , Перевіреної 1 січня 2016 року; перевірки вимагають 12 правок . Поточна версія сторінки поки не перевіряв досвідченими учасниками і може значно відрізнятися від версії , Перевіреної 1 січня 2016 року; перевірки вимагають 12 правок . Ширина забороненої зони різних матеріалів Матеріал Форма Енергія в еВ 0 K 300 K Елемент C (Мод. алмаз ) Непряма 5,4 5,46-6,4 Si непряма 1,17 1,11 Ge непряма 0,75 0,67 Se пряма 1,74 АIVВIV SiC 3C непряма 2,36 SiC 4H непряма 3,28 SiC 6H непряма 3,03 АIIIВV InP пряма 1,42 1,27 InAs пряма 0,43 0,355 InSb пряма 0,23 0,17 InN пряма 0,7 InxGa1-xN пряма 0,7-3,37 GaN пряма 3,37 GaP 3C непряма 2,26 GaSb пряма 0,81 0,69 GaAs пряма 1,42 1,42 AlxGa1-xAs x <0,4 пряма,
x> 0,4 ​​непряма 1,42-2,16 AlAs непряма 2,16 AlSb непряма 1,65 1,58 AlN 6,2 АIIВVI TiO2 3,03 3,2 ZnO пряма 3,436 3,37 ZnS 3,56 ZnSe пряма 2,70 CdS 2,42 CdSe 1,74 CdTe пряма 1,45 CdS 2,4 АIVВVI PbTe пряма 0,19 0,31

Заборонена зона - термін з фізики твердого тіла - зона - область значень енергії, якими не може володіти електрон в ідеальному (бездефектної) кристалі. Цей діапазон називають шириною забороненої зони і зазвичай чисельно висловлюють в електрон-вольтах .

По ширині забороненої зони тверді речовини, по їх електричними властивостями, умовно поділяють на провідники - тіла, де відсутня заборонена зона, тобто електрони в такому речовині можуть мати довільну енергію, напівпровідники - в цих речовинах ширина забороненої зони становить від часток до 3-4 еВ і діелектрики - з шириною забороненої зони більше 4-5 еВ.

В напівпровідниках забороненою зоною називають область енергій, що відокремлює повністю заповнену електронами валентну зону (При Т = 0 К) від незаповненою зони провідності . В цьому випадку шириною забороненої зони (Див. Рисунок) називається різниця енергій між дном (нижнім рівнем) зони провідності і стелею (верхнім рівнем) валентної зони.

Характерні значення ширини забороненої зони в напівпровідниках становлять 0,1-4 еВ . Кристали з шириною забороненої зони більше 4 еВ (в деяких джерелах навіть понад 2 еВ [1] ) Зазвичай відносять до діелектриків .

Ширина забороненої зони - різниця допустимих енергій електронів між дном зони провідності і стелею валентної зони .

Ширина забороненої зони (або, що те ж саме - мінімальна енергія, необхідна для переходу електрона з валентної зони в зону провідності) становить від декількох сотих до кількох електрон-вольт для напівпровідників і понад 6 еВ для діелектриків. Напівпровідники з шириною забороненої зони менше ~ 0,3 еВ прийнято називати вузькозонних напівпровідниками, напівпровідники з шириною забороненої зони більше ~ 3 еВ - ширококутного напівпровідник.

E g {\ displaystyle E_ {g}} - різниця енергії між нижньою межею зони провідності і верхньою межею валентної зони. Вона може виявитися і рівною нулю, або навіть негативною. При E g = 0 {\ displaystyle E_ {g} = 0} зони провідності і валентна стикаються p = 0 {\ displaystyle p = 0} , І для виникнення електронно-доречний пари не потрібна енергія, тому концентрація носіїв (а з нею і електропровідність речовини) виявляється відмінною від нуля при як завгодно низьких температурах, як в металах. Клас таких речовин відносять до напівметал. До числа їх належить, наприклад, сіре олово , теллурид ртуті . При E g <0 {\ displaystyle E_ {g} <0} валентна зона і зона провідності перекриваються. Поки це перекриття не надто велике, що розглядається речовина також виявляється напівметал. Мабуть, так воно є в телуриду і селеніді ртуті, а також в ряді інших сполук [2] .

Напівпровідники, перехід електрона в яких із зони провідності в валентну зону не супроводжується втратою імпульсу (прямий перехід), називаються прямозонних.

Напівпровідники, перехід електрона в яких із зони провідності в валентну зону супроводжується втратою імпульсу (непрямий перехід), називаються непрямозонних. При цьому, в процесі поглинання енергії, крім електрона і фотона, повинна брати участь ще й третя частка (наприклад, фонон ), Яка забере частину імпульсу на себе.

Наявність прямих і непрямих переходів пояснюється залежністю енергії електрона від його імпульсу. При випромінюванні або поглинанні фотона при таких переходах загальний імпульс системи електрон-фотон зберігається відповідно до закону збереження імпульсу.

1. ↑ Сивухин Д. В. Загальний курс фізики 3 том / ФИЗМАТЛИТ. - Москва: Изд-во МФТІ, 1989. - С. 427. - 656 с.
2. ↑ Бонч-Бруєвич В. Л., Калашников С. Г. Фізика напівпровідників М .: «Наука» 1990 року - c. 129.

• Ігнатов А. Н. Оптоелектронні прилади та пристрої ЕКОТРЕНДЗ, Москва 2006