PÓŁPRZEWODNIKI Z PROSTĄ PRZERWĄ ENERGETYCZNĄ

W półprzewodnikach z prostą przerwą energetyczną najniżej położone miniumum w paśmie przewodnictwa przypada przy tej samej wartości wektora k, w którym występuje najwyżej położone maksimum w paśmie walencyjnym. Typowym przykładem takiego półprzewodnika jest arsenek galu.

Rys. 7.6. Struktura pasmowa arsenku galu

W półprzewodnikach z prostą przerwą energetyczną możliwe są bezpośrednie przejścia elektronów z pasma walencyjnego do pasma przewodnictwa w wyniku absorpcji promieniowania elektromagnetycznego o dostatecznie dużej energii fotonów. W przejściu takim musi być spełniona zasada zachowania energii i pędu.

Przejścia elektronowe, przy których nie zachodzi istotna zmiana wektora falowego k, nazywamy przejściami prostymi.

Wzbudzenie elektronu z pasma walencyjnego do pasma przewodnictwa jest procesem odwracalnym. Procesowi odwrotnemu, tzn. przejściu elektronu z pasma przewodnictwa do pasma walencyjnego, towarzyszy emisja fotonu o energii hf. Zjawisko to, nazywane rekombinacją promienistą, jest wykorzystywane w diodach LED i laserach półprzewodnikowych.

Przejściu elektronu z pasma przewodnictwa do pasma walencyjnego (tzn. zanikowi pary elektron - dziura) nie musi towarzyszyć emisja fotonu. Istnieje wiele innych zjawisk, które nazywamy ogólnie rekombinacją niepromienistą. Jednym z nich jest zjawisko Augera, polegające na tym, że energia wydzielająca się w procesie rekombinacji zostaje przekazana innemu nośnikowi (elektronowi lub dziurze), który następnie rozprasza ją np. przez emisję pewnej liczby fononów.

Rys. 7.10. Zjawisko Augera w półprzewodniku z prostą przerwą energetyczną

1 - elektron rekombinujący z dziurą

2 - elektron wzbudzony na wyższy poziom energetyczny w paśmie przewodnictwa

PÓŁPRZEWODNIKI ZE SKOŚNĄ PRZERWĄ ENERGETYCZNĄ

Są to takie półprzewodniki jak krzem, german, w których minimum pasma przewodnictwa nie występuje w punkcie , lecz w okolicy punktu X lub L strefy Brillouina. W krzemie (rys. 7/12) występuje ono na osi X, a w germanie - w punkcie L, a w GaP prawie dokładnie w punkcie X. O półprzewodnikach takich mówimy, że mają skośną przerwę energetyczną.

Występowanie minimum pasma przewodnictwa w innym punkcie strefy Brillouina niż maksimum pasma walencyjnego objawia się przede wszystkim znacznie mniejszym prawdopodobieństwem przejść międzypasmowych.

Rys. 7.12. Struktura pasmowa krzemu

Wzbudzenie elektronu z wierzchołka pasma walencyjnego na dno pasma przewodnictwa może więc nastąpić jedynie przy jednoczesnej absorpcji fotonu oraz absorpcji lub emisji fononu (kwant energii drgań sieci krystalicznej). Schematy tych przejść pokazano na rys. 7/13.

Rys. 7.13 Poglądowy sposób przedstawienia przejść skośnych: a) przejście z absorpcją fononu; b) przejście z emisją fononu

Przy przejściach odwrotnych (tzn. rekombinacji elektronu z dziurą) następuje jednoczesna emisja fotonu oraz emisja lub absorpcja fononu.

---