Что означает опосредованное фононами поглощение фотона для возбуждения электрона из валентной зоны в зону проводимости?

Возбуждение электрона из валентной зоны в зону проводимости может происходить только при участии другого фонона. Что это значит.

Это основная квантовая механика связанных состояний. Электроны в валентной зоне связаны так же, как электрон на энергетическом уровне в атоме. Это означает, что для перехода электрона из валентной зоны в зону проводимости необходим квант энергии.

Это показано на графике выше для полупроводника.

Эта энергия может быть обеспечена фотоном, как и в случае с атомами, но поскольку это энергетические состояния в решетке, а решетки могут иметь колебания, представленные фононами, несущими кванты энергии, электрон может быть подброшен этим коллективным возбуждением , когда он соответствует требованиям уровня энергии.

Я знаю, что энергия фононов очень мала. Каким бы маленьким он ни нагревал / охлаждал кристалл?

Как только электрон переносится в зону проводимости, энергия решетки переходит в энергию электрона, и в этом смысле вибрация от фонона, передающего энергию электрону, будет немного меньше. Меньшая вибрация означает незначительное охлаждение решетки.

В так называемом непрямом полупроводнике участие фонона в поглощении фотона существенно для сохранения импульса, необходимого для перехода электрона с потолка валентной зоны в минимум зоны проводимости, энергетически соответствующий энергия запрещенной зоны. В k-пространстве уравнений дисперсии электронов волнового вектора энергии непрямого полупроводника эти экстремумы лежат в разных положениях, что означает, что электрону необходимо сообщить большой импульс, чтобы совершить переход через запрещенную зону. Фотоны, дающие необходимую энергию, не могут в то же время давать необходимый импульс, потому что импульсы фотонов сравнительно малы. Однако этот импульс может быть обеспечен фононом с малой энергией и большим импульсом. Вот как возможно поглощение фотонов энергии запрещенной зоны в непрямых полупроводниках, таких как кремний и германий. В прямых полупроводниках, таких как GaAs и другие соединения AIIIBV, такое участие фононов в поглощении света не является необходимым, поскольку в k-пространстве минимум зоны проводимости лежит непосредственно над максимумом валентной зоны.