Запрещённая зона

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
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 1,11
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 0,7
InxGa1-xN прямая 0,7-3,37
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
АIVВVI
PbTe прямая 0,19 0,31

Запрещённая зо́на — термин из физики твердого тела — зона — область значений энергии, которыми не может обладать электрон в идеальном (бездефектном) кристалле. Этот диапазон называют шириной запрещённой зоны и обычно численно выражают в электрон-вольтах.

По ширине запрещённой зоны твердые вещества, по их электрическим свойствам, условно разделяют на металлы — тела, где отсутствует запрещённая зона, то есть электроны в таком веществе могут иметь произвольную энергию, полупроводники — в этих веществах ширина запрещённой зоны составляет от долей до 3—4 эВ и диэлектрики — с шириной запрещенной зоны более 4—5 эВ.

Основные сведения[править | править вики-текст]

Запрещенная зона.jpg

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 (в некоторых источниках даже свыше 2 эВ[1]) обычно относят к диэлектрикам.

Ширина запрещённой зоны[править | править вики-текст]

Ширина запрещённой зоны — разность допустимых энергий электронов между дном зоны проводимости и потолком валентной зоны.


Ширина запрещённой зоны (или, что то же самое — 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 принято называть узкозонными полупроводниками, полупроводники с шириной запрещённой зоны более ~3 эВ — широкозонными полупроводниками.

 — разность энергии между нижней границей зоны проводимости и верхней границей валентной зоны. Она может оказаться и равной нулю, или даже отрицательной. При зоны проводимости и валентная соприкасаются , и для возникновения электронно-дырочной пары не требуется энергия, поэтому концентрация носителей (а с ней и электропроводность вещества) оказывается отличной от нуля при сколь угодно низких температурах, как в металлах. Класс таких веществ относят к полуметаллам. К числу их относится, например, серое олово, теллурид ртути. 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[2].

Прямые и непрямые переходы[править | править вики-текст]

Полупроводники, переход электрона в которых из зоны проводимости в валентную зону не сопровождается потерей импульса (прямой переход), называются прямозонными.

Полупроводники, переход электрона в которых из зоны проводимости в валентную зону сопровождается потерей импульса (непрямой переход), называются непрямозонными. При этом, в процессе поглощения энергии, кроме электрона и фотона, должна участвовать ещё и третья частица (например, фонон), которая заберёт часть импульса на себя.

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[править | править вики-текст]

Примечания[править | править вики-текст]

  1. Сивухин Д. В. Общий курс физики 3 том / ФИЗМАТЛИТ. — Москва: Изд-во МФТИ, 1989. — С. 427. — 656 с.
  2. Бонч-Бруевич В. Л., Калашников С. Г. Физика полупроводников М.: "Наука" 1990 г. — c. 129.

Литература[править | править вики-текст]

  • Игнатов А. Н. Оптоэлектронные приборы и устройства ЭКОТРЕНДЗ, Москва 2006