Care este decalajul de bandă a dirijorilor?

Hei acolo! În calitate de furnizor de dirijori semi -dirijori, am fost adesea întrebat despre decalajul de bandă a semiconductorilor. Așadar, m -am gândit că mă voi așeza și am o discuție cu tine despre ceea ce este, de ce contează și cum afectează lumea semiconductorilor.

Să începem cu elementele de bază. Ce este exact un decalaj de bandă? Ei bine, într -un material solid, electronii există la diferite niveluri de energie. Aceste niveluri de energie sunt grupate în benzi. Există două trupe principale de care ne interesează când vine vorba de semiconductori: The Valence Band și The Conduction Band.

Banda de valență este banda în care electronii sunt cel mai strâns legați de atomii materialului. Acești electroni nu sunt liberi să se deplaseze și să conducă cu ușurință electricitatea. Pe de altă parte, banda de conducere este locul în care electronii se pot deplasa liber și pot transporta un curent electric.

Diferența de bandă este diferența de energie dintre partea de sus a benzii de valență și partea inferioară a benzii de conducere. Este ca o „zonă interzisă” pentru electroni. Electronii trebuie să câștige suficientă energie pentru a sări peste acest decalaj de la banda de valență la banda de conducere înainte de a putea contribui la conducerea electrică.

Acum, s -ar putea să vă întrebați, de ce este atât de important decalajul trupei? Ei bine, joacă un rol crucial în determinarea proprietăților electrice ale unui semiconductor. Pe baza mărimii decalajului de bandă, putem clasifica materialele în conductoare, semiconductori și izolatori.

În dirijori, precum metalele, banda de valență și banda de conducere se suprapun. Acest lucru înseamnă că există întotdeauna o mulțime de electroni liberi disponibili pentru a transporta un curent electric și se pot deplasa ușor. Drept urmare, conductorii au o rezistență foarte scăzută și sunt excelenți la conducerea energiei electrice.

Pe de altă parte, izolatorii au un decalaj de bandă foarte mare. Este atât de mare încât este extrem de dificil pentru electroni să câștige suficientă energie pentru a sări de la banda de valență la banda de conducere. Deci, izolatorii au o rezistență foarte mare și nu conduc bine electricitatea.

Semiconductorii cad undeva între ele. Au un decalaj moderat de bandă. La temperatura absolută zero, un semiconductor se comportă ca un izolator, deoarece nu există electroni în banda de conducere. Dar pe măsură ce temperatura crește, unii electroni câștigă suficientă energie termică pentru a sări peste decalajul benzii și pentru a intra în banda de conducere. Acest lucru creează un număr mic de electroni și găuri libere (absența unui electron în banda de valență) care poate contribui la conducerea electrică.

Capacitatea de a controla numărul de electroni și găuri libere dintr -un semiconductor este ceea ce le face atât de utile în dispozitivele electronice. Prin adăugarea de impurități la un semiconductor (un proces numit doping), putem modifica în continuare proprietățile sale electrice. De exemplu, adăugarea unei cantități mici de impuritate pentavalentă (un element cu cinci electroni de valență) la un semiconductor precum siliconul creează un semiconductor de tip N - care are un exces de electroni liberi. Adăugarea unei impurități trivalente (un element cu trei electroni de valență) creează semiconductor de tip AP, care are un exces de găuri.

Decalajul de bandă afectează, de asemenea, alte proprietăți ale semiconductorilor, cum ar fi proprietățile lor optice. Semiconductorii cu un decalaj de bandă adecvat pot absorbi fotoni de lumină și generează perechi de electroni. Acesta este principiul din spatele celulelor solare, care transformă lumina soarelui în electricitate. În schimb, atunci când un electron și o gaură se recombină într -un semiconductor, ei pot emite un foton de lumină. Aceasta este utilizată în diode cu emiță de lumină (LED -uri) și lasere semiconductoare.

Există diferite tipuri de goluri de bandă în semiconductori: lacune de bandă directă și indirectă. Într -un semiconductor de bandă directă, minimul benzii de conducere și maximul benzii de valență apar în același punct în spațiul momentului. Aceasta înseamnă că atunci când un electron și o gaură se recombină, ei pot emite cu ușurință un foton de lumină. Exemple de semiconductori de bandă directă includ arsenida de galiu (GAAS), care este utilizată pe scară largă în dispozitivele optoelectronice.

Într -un semiconductor de bandă indirectă, minimul benzii de conducere și maximul benzii de valență apar în diferite puncte ale spațiului de moment. Pentru o recombinare a electronului - găuri pentru a emite un foton, un fonon (un cuantic de vibrații de zăbrele) este, de asemenea, implicat pentru a conserva impulsul. Acest lucru face ca procesul să fie mai puțin eficient pentru emisiile de lumină. Siliconul este un exemplu de semiconductor indirect de bandă și este utilizat în principal în dispozitivele electronice, mai degrabă decât în cele optoelectronice.

Când vine vorba de fabricarea semiconductorilor, folosim o varietate de instrumente și materiale. De exemplu,Balon coniceste adesea utilizat în procesele chimice implicate în fabricarea semiconductorilor. Aceste baloane sunt excelente pentru amestecarea și depozitarea substanțelor chimice în siguranță.Tuburi de cuarțsunt, de asemenea, esențiale. Sunt utilizate în procese de temperatură înalte, cum ar fi recoacerea, unde materialul semiconductor este încălzit pentru a -și modifica proprietățile. ŞiFlanșă de cuarțeste utilizat în echipamentele de procesare a semiconductorilor pentru a deține și sprijini napolitane în timpul diferitelor operații.

În calitate de furnizor de dirijori semi -dirijori, am înțeles importanța furnizării de semiconductori de înaltă calitate, cu lacune de bandă bine controlate. Indiferent dacă lucrați la dezvoltarea de dispozitive electronice de generație, panouri solare sau componente optoelectronice, faptul că materialul semiconductor potrivit este crucial.

Dacă sunteți pe piață pentru semiconductori și doriți să aflați mai multe despre modul în care decalajul trupei afectează performanța produselor dvs. sau dacă aveți cerințe specifice pentru proiectele dvs., mi -ar plăcea să vorbesc cu dvs. Putem discuta despre diferitele tipuri de semiconductori disponibile, caracteristicile decalajului lor de bandă și cum se pot potrivi cel mai bine nevoilor tale. Așadar, nu ezitați să ajungeți și să începeți o conversație despre achizițiile dvs. cu semiconductor.

Referințe

• „Fizică de stare solidă” de Ashcroft și Mermin
• „Fizică și dispozitive semiconductoare” de Donald A. Neamen