WikiSort.ru - Не сортированное

Запрещённая зо́на — термин из физики твёрдого тела — зона — область значений энергии, которыми не может обладать электрон в идеальном (бездефектном) кристалле. Этот диапазон называют шириной запрещённой зоны и обычно численно выражают в электрон-вольтах.

По ширине запрещённой зоны твёрдые вещества, по их электрическим свойствам, условно разделяют на металлы — тела, где отсутствует запрещённая зона, то есть электроны в таком веществе могут иметь произвольную энергию, полупроводники — в этих веществах ширина запрещённой зоны составляет от долей до 3—4 эВ и диэлектрики — с шириной запрещённой зоны более 4—5 эВ.

Основные сведения

В полупроводниках запрещённой зоной называют область энергий, отделяющую полностью заполненную электронами валентную зону (при Т=0 К) от незаполненной зоны проводимости. В этом случае шириной запрещённой зоны (см. рисунок) называется разность энергий между дном (нижним уровнем) зоны проводимости и потолком (верхним уровнем) валентной зоны.

Характерные значения ширины запрещённой зоны в полупроводниках составляют 0,1—4 эВ. Кристаллы с шириной запрещённой зоны более 4 эВ (в некоторых источниках даже свыше 2 эВ^[1]) обычно относят к диэлектрикам.

Ширина запрещённой зоны

Ширина запрещённой зоны — разность допустимых энергий электронов между дном зоны проводимости и потолком валентной зоны.

Ширина запрещённой зоны (или, что то же самое — минимальная энергия, необходимая для перехода электрона из валентной зоны в зону проводимости) составляет от нескольких сотых до нескольких электрон-вольт для полупроводников и свыше 6 эВ для диэлектриков. Полупроводники с шириной запрещённой зоны менее ~0,3 эВ принято называть узкозонными полупроводниками, полупроводники с шириной запрещённой зоны более ~3 эВ — широкозонными полупроводниками.

${\displaystyle E_{g}}$  — разность энергии между нижней границей зоны проводимости и верхней границей валентной зоны. Она может оказаться и равной нулю, или даже отрицательной. При ${\displaystyle E_{g}=0}$ зоны проводимости и валентная соприкасаются ${\displaystyle p=0}$ , и для возникновения электронно-дырочной пары не требуется энергия, поэтому концентрация носителей (а с ней и электропроводность вещества) оказывается отличной от нуля при сколь угодно низких температурах, как в металлах. Класс таких веществ относят к полуметаллам. К числу их относится, например, серое олово, теллурид ртути. При ${\displaystyle E_{g}<0}$ валентная зона и зона проводимости перекрываются. Пока это перекрытие не слишком велико, рассматриваемое вещество также оказывается полуметаллом. Видимо, так обстоит дело в теллуриде и селениде ртути, а также в ряде других соединений^[2].

Прямые и непрямые переходы

Полупроводники, переход электрона в которых из зоны проводимости в валентную зону не сопровождается потерей импульса (прямой переход), называются прямозонными.

Полупроводники, переход электрона в которых из зоны проводимости в валентную зону сопровождается потерей импульса (непрямой переход), называются непрямозонными. При этом, в процессе поглощения энергии, кроме электрона и фотона, должна участвовать ещё и третья частица (например, фонон), которая заберёт часть импульса на себя.

Наличие прямых и непрямых переходов объясняется зависимостью энергии электрона от его импульса. При излучении или поглощении фотона при таких переходах общий импульс системы электрон-фотон сохраняется согласно закону сохранения импульса.

См. также

• Зонная теория

Примечания

Литература

• Игнатов А. Н. Оптоэлектронные приборы и устройства ЭКОТРЕНДЗ, Москва 2006

Для улучшения этой статьи желательно: Проверить достоверность указанной в статье информации. Найти и оформить в виде сносок ссылки на независимые авторитетные источники, подтверждающие написанное.