Этот вопрос беспокоил меня какое-то время. Некоторые полупроводники имеют прямую запрещенную зону и непрямую запрещенную зону. Так что же вызывает прямую запрещенную зону? Физика позади, почему существуют прямые запрещенные зоны? Я собрал некоторые данные о дюжине составных полупроводников из справочников (III-Vs, II-VIs и IVs) (более 35 составных полупроводников, если вы считаете несколько кристаллических фаз одного и того же материала) и провел анализ кристаллической структуры, атомного номера и местоположения составляющие элементы периодической таблицы как переменные. Я обнаружил, что наибольшее влияние на наличие у полупроводника прямой или непрямой запрещенной зоны оказывает атомный номер составляющих элементов, а не кристаллическая структура или расположение составляющих элементов в периодической таблице. Может ли это быть связано с тем, что высокий атомный номер влечет за собой сильное ядерное поле от составляющих атомов в элементарной ячейке, которое каким-то образом выравнивает зоны проводимости и валентные зоны в импульсном пространстве? Любые идеи, мнения, соответствующие документы?
Спасибо
Во-первых, в википедии есть таблица с некоторыми из этих данных: http://en.wikipedia.org/wiki/List_of_semiconductor_materials . Похоже, у вас есть немного больше информации, поэтому, если вы хотите опубликовать свой ответ, это было бы неплохо. Если вы хотите быть действительно добрым самаритянином, вы можете добавить это в Википедию.
Здесь могут быть заданы две вещи:
1) Почему прямые запрещенные зоны распространены, поскольку, если просто выбрать случайные полосы из шляпы, прямые запрещенные зоны будут маловероятным совпадением?
Это имеет смысл для меня. Прямые запрещенные зоны в каком-то смысле естественны, поскольку я могу себе представить, что если пренебречь некоторыми взаимосвязями (например, кристаллическим полем), я получу пересечение зон в некоторой точке симметрии. Тогда, когда я включу муфту, я получу прямой разрыв в этой точке. Косвенные запрещенные зоны возникают только тогда, когда ваша возмущающая связь достаточно сильна, чтобы избежать пересечения уровней в разных точках. Например, во многих материалы с непрямой ГЦК, такие как Ge, Si, AlP, у вас есть зона проводимости на точка проталкивается через разрыв в точка.
2) Чем объясняется соотношение косвенных и прямых гэпов?
Я не уверен, что существует всеобъемлющая закономерность. Соединения с похожей атомной структурой имеют очень похожую структуру полос, поэтому может быть, что вы просто улавливаете паттерны внутри пары групп, и эти паттерны не имеют особенно глубокого объяснения. И хотя ваши данные очень хороши, статистическая мощность вашего анализа не является подавляющей и подвержена множеству неконтролируемых предубеждений. Я полагаю, что было бы полезнее зафиксировать некоторые свойства и посмотреть на последовательность соединений с возрастающим атомным номером и посмотреть, что происходит с ленточной структурой.
Если действительно существует сильная тенденция к косвенным пробелам в более высоких атомных номерах, то естественным объяснением является спин-орбитальная связь. Я действительно не вижу общего аргумента в пользу того, что это может привести к косвенным пробелам.
Различные кристаллы имеют свои зоны проводимости и валентные зоны с разными импульсами, k-векторами. Они называются непрямыми запрещенными зонами. И наоборот, если векторы импульса двух зон выровнены по одному и тому же k-вектору импульса, то это называется прямой запрещенной зоной.
В непрямой запрещенной зоне «толчок» передачи импульса, необходимый для перехода зоны, определяется фононами решетки, квантами колебаний решетки.
Селена Рутли
МарселинХ