Diese Frage beschäftigt mich schon seit einiger Zeit. Einige Halbleiter haben direkte Bandlücken und indirekte Bandlücken. Was bewirkt also, dass eine direkte Bandlücke auftritt? Die Physik dahinter, warum gibt es direkte Bandlücken? Ich habe einige Daten zu einem Dutzend Verbindungshalbleitern aus Handbüchern (III-Vs, II-VIs und IVs) (35+ Verbindungshalbleiter, wenn Sie mehrere kristalline Phasen desselben Materials zählen) gesammelt und eine Anova mit Kristallstruktur, Ordnungszahl und Position von durchgeführt Elemente im Periodensystem als Variablen darstellen. Ich fand heraus, dass der größte Einfluss darauf, ob ein Halbleiter eine direkte oder indirekte Bandlücke hat, die Ordnungszahl der Bestandteile war und nicht die Kristallstruktur oder die Position der Bestandteile im Periodensystem. Könnte es daran liegen, dass eine hohe Ordnungszahl ein starkes Kernfeld von den konstituierenden Atomen in der Einheitszelle mit sich bringt, das irgendwie die Leitungs- und Valenzbänder im Impulsraum ausrichtet? Irgendwelche Ideen, Meinungen, relevante Papiere?
Danke
Erstens gibt es auf Wikipedia eine Tabelle mit einigen dieser Daten: http://en.wikipedia.org/wiki/List_of_semiconductor_materials . Es hört sich so an, als hätten Sie ein wenig mehr Informationen. Wenn Sie also Ihre Antwort posten möchten, wäre das nett. Wenn Sie ein wirklich guter Samariter sein wollen, können Sie es zu Wikipedia hinzufügen
Hier werden vielleicht zwei Dinge gefragt:
1) Warum sind direkte Bandlücken üblich, da direkte Bandlücken ein unwahrscheinlicher Zufall wären, wenn man nur zufällige Bands aus einem Hut herauspicken würde?
Das macht für mich Sinn. Direkte Bandlücken sind in gewissem Sinne natürlich, da ich mir vorstellen kann, dass ich an einem Symmetriepunkt Bandkreuzungen bekomme, wenn ich einige Kopplungen (wie das Kristallfeld) vernachlässige. Wenn ich dann die Kupplung einschalte, habe ich an dieser Stelle eine direkte Lücke. Indirekte Bandlücken treten nur auf, wenn Ihre störende Kopplung stark genug ist, dass vermiedene Bahnübergänge an verschiedenen Stellen durcheinander geraten. Zum Beispiel in vielen indirekte fcc Materialien wie Ge, Si, AlP, Sie haben das Leitungsband an der Punkt, der durch die Lücke an der geschoben wird Punkt.
2) Was erklärt das Muster der indirekten vs. direkten Lücken?
Ich bin nicht davon überzeugt, dass es ein übergreifendes Muster gibt. Verbindungen mit ähnlichen Atomstrukturen haben sehr ähnliche Bandstrukturen, also könnte es sein, dass Sie nur ein Muster innerhalb einiger Gruppen aufgreifen und dass diese Muster keine besonders tiefe Erklärung haben. Und obwohl Ihre Daten sehr schön sind, ist die statistische Aussagekraft Ihrer Analyse nicht überwältigend und unterliegt vielen unkontrollierten Verzerrungen. Ich stelle mir vor, es wäre aufschlussreicher, einige Eigenschaften festzulegen und eine Folge von Verbindungen mit zunehmender Ordnungszahl zu betrachten und zu sehen, was mit der Bandstruktur passiert.
Wenn es wirklich eine starke Tendenz zu indirekten Lücken bei höheren Ordnungszahlen gibt, dann ist die natürliche Erklärung die Spin-Bahn-Kopplung. Ich sehe nicht wirklich ein allgemeines Argument dafür, dass dies zu indirekten Lücken führt.
Verschiedene Kristalle haben ihre Leitungs- und Valenzbänder bei unterschiedlichen Impulsen, k-Vektoren. Diese werden indirekte Bandlücken genannt. Wenn umgekehrt die Impulsvektoren der beiden Bänder auf denselben Impuls-k-Vektor ausgerichtet sind, spricht man von einer direkten Bandlücke.
Bei einer indirekten Bandlücke wird der für einen Bandübergang erforderliche „Kick“ der Impulsübertragung durch Gitterphononen, die Quanten der Gitterschwingungen, gegeben.
Selene Rouley
MarcelineH