Почему оптическая щель не идентична зарядовой щели?

Оптическая щель — это энергия фотона, необходимая для создания экситона (например, в солнечном элементе). Зарядовый промежуток (также известный как электрический промежуток) — это энергия (напряжение), необходимая для создания фотона (например, в светодиоде). Почему эти два пробела не идентичны?

Ссылка:

Нелегированные (нейтральные) сопряженные полимеры представляют собой полупроводники с оптической щелью ~ 2–3 эВ и зарядовой (или запрещенной) запрещенной зоной, как правило, на ~ 0,5–1,0 эВ выше по энергии, что отражает большие энергии связи экситонов в полимерах. (источник: Барфорд, 2013 г. )

введите описание изображения здесь( источник )

См. Также: В чем основное различие между оптической и электрической запрещенной зоной?

Обычное определение «оптической запрещенной зоны» (по крайней мере, в области фотонных кристаллов, где я слышал, что оно используется чаще всего) отличается от того, что вы описали в первом абзаце, и не имеет ничего общего с поглощением фотонов, электронами, дырки или экситоны.
Учитывая это, не могли бы вы поделиться тем, как в цитируемом вами тексте определяется «оптическая запрещенная зона» или «оптическая щель»?
Причина ясно указана в вашей ссылке: состояние связанного возбуждения находится на 0,5-1,0 эВ ниже края зоны проводимости.
@JonCuster, ты можешь это объяснить? т.е. как связано состояние экситона и т.д.
@Sparkler - мне кажется, вы не знаете, что такое экситон на самом деле. В полупроводнике свободный электрон и свободная дырка взаимодействуют, образуя экситон — это более или менее водородоподобный «атом». Поскольку они имеют взаимное притяжение, экситонное состояние находится ниже запрещенной зоны. В оптической спектроскопии при низких температурах хорошо видны экситонные состояния в Si и других полупроводниках на несколько десятых эВ ниже щели. Существует большое разнообразие (свободных и связанных) экситонных состояний в различных материалах.
@JonCuster, разве в обоих случаях (солнечный элемент и светодиод) не задействован экситон?
Существование эксиктонов создает асимметрию между поглощением (вы не поглощаете в экситонное состояние) и излучением (вы можете излучать из возбужденного состояния). Так что нет, они разные.
@JonCuster, это ответ, который я искал!
Ваш вопрос касается полупроводников в целом или полупроводников на основе органических полимеров, как указано в ссылке? Они каким-то образом демонстрируют похожее поведение и поэтому оба называются полупроводниками, но механизмы могут быть разными.
@engineer на самом деле об органике. Не могли бы вы объяснить различия между органическими и неорганическими полупроводниками в этом контексте?

Ответы (2)

Разница между фундаментальной щелью (в соответствии с определениями ИЮПАК - и вашей диаграммой) (это то, что вы называете своей электронной щелью в своем вопросе) существует, потому что оптическая щель соответствует энергии самого низкого электронного перехода, доступного через поглощение одного фотон. Оптическая щель обычно существенно меньше основной щели.

Причина этого в том, что в возбужденном состоянии электрон и дырка остаются электростатически связанными друг с другом. Это означает, что разница величин между фундаментальной и оптической щелями связана с энергией связи.

Фундаментальная щель соответствует различной энергии, вызванной резкой границей между собственными значениями в операторе Шредингера.

Итак, на приведенной вами диаграмме фундаментальный разрыв обозначен Е ф ты н г , энергия связи электронно-дырочной пары Е Б дан кем-то Е ф ты н г − Е о п т .

Не техническое резюме

Оптическая щель перечисляет только электрон над запрещенной зоной, и вы должны учитывать электростатические эффекты между вашей дыркой и электроном.

Фундаментальная / электронная щель - это правильная разница квантовой энергии между энергетическими уровнями.

Оптическая или вертикальная запрещенная зона - это минимальное расстояние между валентной зоной и зоной проводимости при постоянном значении k или импульсе электрона. Запрещенная зона заряда - это разделение состояний проводимости и валентности, где они могут иметь разные значения k. Оптическая ширина запрещенной зоны всегда больше ширины запрещенной зоны заряда. Экситонные состояния имеют энергию несколько меньшую, чем ширина запрещенной зоны в оптическом диапазоне. Разница заключается в энергии связи, составляющей долю оптической ширины запрещенной зоны.

Почему оптическая щель не идентична зарядовой щели?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 3v