In der Physik des festen Zustands, einer Band-Lücke, hat auch eine Energielücke oder bandgap genannt, ist eine Energiereihe in einem Festkörper, wo keine Elektronstaaten bestehen können. In Graphen der elektronischen Band-Struktur von Festkörpern bezieht sich die Band-Lücke allgemein auf den Energieunterschied (in Elektronvolt) zwischen der Spitze des Wertigkeitsbandes und dem Boden des Leitungsbandes in Isolatoren und Halbleitern. Das ist zur Energie gleichwertig, die erforderlich ist, ein Außenschale-Elektron aus seiner Bahn über den Kern zu befreien, um ein bewegliches Anklage-Transportunternehmen zu werden, fähig, sich frei innerhalb des festen Materials zu bewegen. So ist die Band-Lücke ein Hauptfaktor, der das elektrische Leitvermögen eines Festkörpers bestimmt. Substanzen mit großen Band-Lücken sind allgemein Isolatoren, diejenigen mit kleineren Band-Lücken sind Halbleiter, während Leiter entweder sehr kleine Band-Lücken oder niemanden haben, weil die Wertigkeit und Leitungsbänder überlappen.

In der Halbleiterphysik

Jeder Festkörper hat seine eigene charakteristische Energieband-Struktur. Diese Schwankung in der Band-Struktur ist für die breite Reihe von elektrischen in verschiedenen Materialien beobachteten Eigenschaften verantwortlich.

In Halbleitern und Isolatoren werden Elektronen auf mehrere Bänder der Energie beschränkt, und von anderen Gebieten verboten. Der Begriff "Band--Lücke" bezieht sich auf den Energieunterschied zwischen der Spitze des Wertigkeitsbandes und dem Boden des Leitungsbandes. Elektronen sind im Stande, von einem Band zu einem anderen zu springen. Jedoch, in der Größenordnung von einem Elektron, um von einem Wertigkeitsband zu einem Leitungsband zu springen, verlangt es einen spezifischen minimalen Betrag der Energie für den Übergang. Die erforderliche Energie unterscheidet sich mit verschiedenen Materialien. Elektronen können genug Energie gewinnen, zum Leitungsband durch das Aufsaugen entweder eines phonon (Hitze) oder eines Fotons (Licht) zu springen.

Ein Halbleiter ist ein Material mit einer kleinen, aber Nichtnullband-Lücke, die sich als ein Isolator an der absoluten Null benimmt, aber Thermalerregung von Elektronen in sein Leitungsband bei Temperaturen erlaubt, die unter seinem Schmelzpunkt sind. Im Gegensatz ist ein Material mit einer großen Band-Lücke ein Isolator. In Leitern können die Wertigkeit und Leitungsbänder überlappen, so können sie keine Band-Lücke haben.

Das Leitvermögen von inneren Halbleitern ist von der Band-Lücke stark abhängig. Die einzigen verfügbaren Transportunternehmen für die Leitung sind die Elektronen, die genug Thermalenergie haben, über die Band-Lücke aufgeregt zu sein.

Band-Lücke-Technik ist der Prozess des Steuerns oder Änderns der Band-Lücke eines Materials durch das Steuern der Zusammensetzung der bestimmten Halbleiter-Legierung, wie GaAlAs, InGaAs und InAlAs. Es ist auch möglich, layered Materialien mit Wechselzusammensetzungen durch Techniken wie molekulares Balken-Kristallwachstum zu bauen. Diese Methoden werden im Design von heterojunction bipolar Transistoren (HBTs), Laserdioden und Sonnenzellen ausgenutzt.

Die Unterscheidung zwischen Halbleitern und Isolatoren ist eine Sache der Tagung. Eine Annäherung soll an Halbleiter als ein Typ des Isolators mit einer schmalen Band-Lücke denken. Isolatoren mit einer größeren Band-Lücke, die gewöhnlich größer ist als 3 eV, werden als Halbleiter nicht betrachtet und stellen allgemein halbleitendes Verhalten unter praktischen Bedingungen nicht aus. Elektronbeweglichkeit spielt auch eine Rolle in der Bestimmung einer informellen Klassifikation eines Materials.

Die Band-Lücke-Energie von Halbleitern neigt dazu, mit der Erhöhung der Temperatur abzunehmen. Wenn Temperatur, der Umfang der Atomvibrationszunahme zunimmt, zu größerem Zwischenatomabstand führend. Die Wechselwirkung zwischen dem Gitter phonons und den freien Elektronen und Löchern wird auch die Band-Lücke in einem kleineren Ausmaß betreffen. Die Beziehung zwischen Band-Lücke-Energie und Temperatur kann durch den empirischen Ausdruck von Varshni, beschrieben werden

:, wo E (0), α und β materielle Konstanten sind.

In einem regelmäßigen Halbleiter-Kristall wird die Band-Lücke infolge dauernder Energiestaaten befestigt. In einem Quant-Punktkristall ist die Band-Lücke Größe-Abhängiger und kann verändert werden, um eine Reihe von Energien zwischen dem Wertigkeitsband und Leitungsband zu erzeugen. Es ist auch bekannt als Quant-Beschränkungswirkung.

Band-Lücken hängen auch von Druck ab. Band-Lücken können entweder direkt oder abhängig von der elektronischen Band-Struktur indirekt sein.

Mathematische Interpretation

Klassisch wird das Verhältnis von Wahrscheinlichkeiten, dass zwei Staaten mit einem Energieunterschied ΔE durch ein Elektron besetzt werden, durch den Faktor von Boltzmann gegeben:

wo:

• ΔE ist der Energieunterschied
• k ist der unveränderliche von Boltzmann
• T ist Temperatur.

Am Niveau von Fermi (oder chemisches Potenzial) ist die Wahrscheinlichkeit eines Staates, der wird besetzt, ½. Wenn das Niveau von Fermi in der Mitte einer Band-Lücke von 1 eV ist, ist dieses Verhältnis e oder ungefähr 2.010 an der Raumtemperaturthermalenergie von 25.9 meV.

Zellen von Photovoltaic

Die Band-Lücke bestimmt das, welchen Teil des Sonnenspektrums eine photovoltaic Zelle absorbiert. Ein lumineszierender Sonnenkonverter verwendet ein lumineszierendes Medium an downconvert Fotonen mit Energien über der Band-Lücke zu Foton-Energien, die an der Band-Lücke des Halbleiters näher sind, der die Sonnenzelle umfasst.

Liste von Band-Lücken

In photonics und phononics

In photonics Band-Lücken oder Halt sind Bänder Reihen von Foton-Frequenzen, wo, wenn tunneling Effekten vernachlässigt werden, keine Fotonen durch ein Material übersandt werden können. Ein Material, das dieses Verhalten ausstellt, ist als ein photonic Kristall bekannt.

Ähnliche Physik gilt für phonons in einem phononic Kristall.

Materialien

• Aluminiumgallium arsenide
• Bor-Nitrid
• Indium-Gallium arsenide
• Indium arsenide
• Gallium arsenide
• Gallium-Nitrid
• Germanium
• Metallischer Wasserstoff

Liste von Elektronik-Themen

• Elektronik
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• Stark aufeinander bezogenes Material
• Wertigkeitsband

Siehe auch

• Breite bandgap Halbleiter
• Band, das sich biegt
• Geisterhafte Dichte

Links

• Direkte Band-Lücke-Energierechenmaschine