Bänder in Halbleitern: Diagramm EEE vs. kkk

Ich dachte immer, dass es in einem Halbleiter eine Lücke, ein Leitungsband und ein Valenzband gibt. Beim Lesen eines Buches stieß ich jedoch auf dieses Bild

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Und jetzt bin ich sehr verwirrt. Anscheinend gibt es unendlich viele Lücken (dh verbotene Energiebänder). Ist das so? Und was ist mit den Leitungs- und Valenzbändern? Welches der Bänder in der Grafik entspricht ihnen?

Haben alle Elektronen im Leitungs- oder Valenzband die gleiche Energie? Oder können sie sich unterscheiden? Denn aus dieser Grafik geht hervor, dass Elektronen unterschiedlich sind k können zum selben Band gehören, aber unterschiedliche Energiemengen haben E . Ist das richtig oder nicht?

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Es gibt eine relevante Lücke in der Halbleiterphysik: die Lücke zwischen dem höchsten vollständig besetzten Energieband (Valenzband) und dem niedrigsten unbesetzten Band (Leitungsband). Aber auch zwischen anderen Energiebändern gibt es Lücken. Die Sache ist nur, dass sie für den halbleitenden Effekt nicht sehr relevant sind. Zwischen vollen Bändern haben sie keine Wirkung, weil zwischen vollen Bändern kein Übergang möglich ist und zwischen leeren Bändern naja ... sie sind sowieso leer, oder? Welches Band in der Grafik welchem ​​Band entspricht, hängt davon ab, um welchen Halbleiter es sich handelt. Beachten Sie, dass die Energiebänder (oder Oberflächen/Volumen im 3D-k-Raum) von realen Materialien oft viel komplizierter aussehen. Elektronen können zum selben Band gehören und unterschiedliche Energien haben, das ist richtig. Jedes Band stellt ein Intervall möglicher Energien dar, die die Elektronen in diesem Band annehmen können. Da aber zwischen Leitungs- und Valenzband eine Energielücke besteht, hat ein Elektron im Leitungsband mindestens um diese Energielücke mehr Energie als das Elektron im Valenzband.

Im Fall von Silizium verstehe ich, dass seine Energieniveaus 1 und 2 vollständig besetzt sind, also wäre das Energieniveau 3 das Valenzniveau, richtig? Bedeutet dies, dass die ersten beiden zulässigen Bänder voll sind und das dritte (entsprechend 2 π / A < | k | < 3 π / A ) wäre das Valenzband? Wenn das richtig ist, dann glaube ich, dass die nächste Band die Leitungsband sein wird. Und was ist mit den nächsten Bands? Können Elektronen dort hochsteigen? Gibt es sie oder was?
Der wirkliche Fall ist leider nicht so einfach wie nur nummerierte Energieniveaus zu haben. Wenn Sie Zugang zu einem Ibach Lüth Solid State Physics haben, können Sie das Schema für Si in Kapitel 12 sehen. Das Prinzip ändert sich jedoch nicht. Das höchste vollständig besetzte Band ist das Valenzband. Die leeren Bänder über dem Leitungsband "existieren", aber es würde viel Energie benötigt, um dort anzukommen, und ein Elektron würde wahrscheinlich bald wieder in ein niedrigeres Band absteigen.
Würde das also bedeuten, dass das, was wir "Leitungsband" nennen, tatsächlich das erste Band ist, das nach dem Valenzband kommt?
Ja, einfach weil, wenn Elektronen in ein höheres Band erregt werden, es am wahrscheinlichsten ist, dass sie dort landen UND sie sich bereits in diesem Band bewegen können (im Gegensatz zu den vollen Bändern unten).
Ich könnte vorschlagen, dass das OP auch verwirrt ist, weil sich die von ihnen reproduzierte Handlung nicht in einer reduzierten Zone befindet. Sobald alles wieder in die erste Zone gebracht ist, wird es einfacher zu erkennen, dass es eher wie die typischen "Band"-Strukturbilder aussieht. Obwohl bei Geräten die Bandstruktur gegen die Position im Gerät oder einfach gegen keine echte Achse gestellt wird, um die Dotierstoffe / Akzeptoren / was nicht anzuziehen. Tatsächliche Diagramme von E vs k entlang verschiedener Richtungen werden normalerweise in Einführungskursen zu Halbleitern (und definitiv in Gerätekursen) beschönigt.
Und kann das Leitungsband voll werden? Ich meine, was würde passieren, wenn sich die Elektronen nicht mehr im Thar-Band bewegen könnten? (Wenn dies möglich ist)
Normalerweise geschieht dies nicht, da dazu eine große Menge an Elektronen thermisch angeregt werden müsste. Es ist vielleicht nicht unmöglich, aber es ist kein realistisches Szenario.
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