Почему ширина запрещенной зоны у кремния больше, чем у германия?

Вопрос очень простой. Почему у кремния ширина запрещенной зоны больше, чем у германия? я знаю уравнение

Е г ( С я ) "=" 1,21 − ( 3,6 × 10 − 4 ) ⋅ Т
и
Е г ( г е ) "=" 0,77 − ( 3,6 × 10 − 4 ) ⋅ Т
Но какое физическое (атомное) явление стоит за этими особенностями? Спасибо за ваше время

Сомневаюсь, что на это есть простой ответ. В общем случае зонная структура твердого тела не является простой функцией электронной структуры атомов в нем.
@JohnRennie Было бы очень полезно, если бы вы могли сказать, какие направления обучения необходимы для понимания ленточной структуры твердого тела. Не подробно, но с чего следует начать
Это огромная тема. Я бы поискал вводную книгу по ленточной структуре твердых тел и посмотрел, как вы с этим справитесь. Я не могу рекомендовать книгу, потому что это не моя область, и я не знаю, какие книги самые лучшие.
@JohnRennie Хорошо, поищу тему ленточной структуры твердых тел. Спасибо за ваше время. :)
@debo.stackoverflow — самая известная вводная книга — «Физика твердого тела» Эшкрофта и Мермина. Однако, если вы хотите сократить путь, раздел 2.7 «Основы полупроводников» Ю и Кардоны был бы одним из хороших мест для начала. В последнем обсуждается подход сильной связи к вычислению зонных структур углерода (алмаза), кремния и германия. Надеюсь, это даст вам (по крайней мере, частичное) представление о взаимосвязи между запрещенными зонами элементов группы IV.

Ответы (3)

Если посмотреть на зонную структуру с точки зрения жесткой связи, перекрытие между германием 4 с п орбиталей на соседних узлах больше, чем у кремния 3 с п . Таким образом, пропускная способность увеличивается, оставляя меньше места для пробелов.

Далее в группе IV периодической таблицы находится серое олово в алмазоподобной структуре с небольшим зазором. А выше находится алмаз с большой запрещенной зоной.

В другой картине с электронными волнами по всему кристаллу зазоры на границах зон обусловлены амплитудой соответствующей фурье-компоненты потенциала от ионных остовов. Это велико в алмазе и уменьшается, когда ионы больше и имеют больше электронов.

Для большинства распространенных элементарных и сложных полупроводниковых материалов существует тенденция, согласно которой большие постоянные решетки совпадают с меньшими ширинами запрещенной зоны.

В сильно упрощенном представлении кристаллическая решетка напоминает одномерную сверхрешетку, где ядра представляют собой электронные барьеры, а «пустое пространство» между ними, где расположены электронные орбитали, соответствует квантовым ямам. Теперь, если вы увеличите постоянную решетки и, следовательно, период сверхрешетки в мысленном эксперименте, разница энергий между подзонами сверхрешетки уменьшится.

Как уже упоминал @JohnRennie, реальность намного сложнее. Возьмите, например, Ge и GaAs в качестве примера. Они оба имеют примерно одинаковую постоянную решетки, но сильно различаются ширины запрещенной зоны (0,77 эВ для Ge и 1,42 эВ для GaAs). Кроме того, Ge является непрямым, а GaAs — прямым полупроводником. Насколько мне известно, не существует простых правил построения зонной диаграммы всего по нескольким параметрам материала.

Нет, не между. Потенциальные ямы валентных электронов находятся на остовах ионов (например, в модели Кронига-Пенни и в потенциале маффин-тин). И расстояние между атомами не главная причина.
Рассмотрим подход Heitler-London для определения энергии разрыва между орбиталями HOMO-LUMO в полярной ковалентной связи в качестве отправной точки для противодействия вашему заключительному предложению.

Электроны атома кремния более прочно связаны с ядром, чем электроны атома германия, из-за его малого размера. Так что энергетический зазор в этом случае больше.

Почему ширина запрещенной зоны у кремния больше, чем у германия?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v