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    能隙

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    固態物理學中,帶隙(也稱為能隙)是固體中不存在電子態的能量范圍。 在固體的電子能帶結構圖中,帶隙通常是指絕緣體和半導體中價帶頂部和導帶底部之間的能量差(以電子伏特為單位)。 它是促使與原子結合的價電子成為傳導電子所需的能量,它可以在晶格內自由移動并作為電荷載體傳導電流。 它與化學中的HOMO/LUMO間隙密切相關。 如果價帶完全滿而導帶完全空,則電子無法在固體內移動,因為沒有可用狀態。 如果電子不能在晶格內自由移動,則由于沒有凈載流子遷移率而不會產生電流。 但是,如果一些電子從價帶(大部分是滿的)轉移到導帶(大部分是空的),則電流可以流動(參見載流子的產生和復合)。 因此,帶隙是決定固體電導率的主要因素。 帶隙大的物質一般是絕緣體,帶隙小的是半導體,而導體要么帶隙很小,要么沒有,因為價帶和導帶重疊形成連續帶。

    半導體物理學

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    每個固體都有自己特有的能帶結構。 能帶結構的這種變化是導致在各種材料中觀察到的廣泛電特性的原因。根據尺寸,能帶結構和光譜可能會有所不同。 不同類型的維度如下所列:一維、二維和三維。

    在半導體和絕緣體中,電子被限制在許多能量帶內,并且被禁止進入其他區域,因為沒有允許它們占據的電子狀態。 術語帶隙是指價帶頂部和導帶底部之間的能量差。 電子能夠從一個帶跳到另一個帶。 然而,為了將價帶電子提升到導帶,它需要特定的最小躍遷能量。 這種所需的能量是固體材料的固有特性。 電子可以通過吸收聲子(熱)或光子(光)獲得足夠的能量以跳到導帶。

    半導體是一種具有中等尺寸、非零帶隙的材料,在 T=0K 時表現為絕緣體,但允許電子在低于其熔點的溫度下熱激發進入其導帶。 相反,帶隙大的材料是絕緣體。 在導體中,價帶和導帶可能重疊,因此不再存在帶電子態禁區的帶隙。

    本征半導體的電導率在很大程度上取決于帶隙。 xxx可用的傳導電荷載流子是具有足夠熱能以在帶隙中被激發的電子,以及當這種激發發生時被遺棄的電子空穴

    帶隙工程是通過控制某些半導體合金(例如 GaAlAs、InGaAs 和 InAlAs)的成分來控制或改變材料帶隙的過程。 也可以通過分子束外延技術構建具有交替成分的層狀材料。 這些方法被用于設計異質結雙極晶體管 (HBT)、激光二極管太陽能電池

    半導體和絕緣體之間的區別是一個約定俗成的問題。 一種方法是將半導體視為一種具有窄帶隙的絕緣體。 帶隙較大(通常大于 4 eV)的絕緣體不被視為半導體,在實際條件下通常不會表現出半導體行為。 電子遷移率還在確定材料的非正式分類方面發揮作用。

    能隙

    半導體的帶隙能量傾向于隨著溫度升高而降低。 當溫度升高時,原子振動的幅度增加,導致原子間距變大。 晶格聲子與自由電子和空穴之間的相互作用也會對帶隙產生較小程度的影響。 帶隙能量和溫度之間的關系可以用 Varshni 的經驗表達式(以 Y. P. Varshni 命名)來描述,

    E g ( T ) = E g ( 0 ) ? α T 2 T + β {\displaystyle E_{g}(T)=E_{g}(0)-{\frac {\alpha T{2} }{T+\beta }}} ,其中 Eg(0)、α 和 β 是材料常數。

    此外,晶格振動隨溫度增加而增加,這增加了電子散射的影響。

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