엑시톤 결합 에너지가 밴드 갭 에너지보다 약간 작은 이유는 무엇입니까?

엑시톤은 원래 자유 전자와 자유 정공 사이의 상호 작용입니다. 쿨롱 힘을 통해이 쌍은 유사 수소와 같은 복합체를 생성합니다.

Jacques Pankove를 살펴 보는 것이 좋습니다. ” s 우수한 “반도체의 광학 공정”, 여기에 엑시톤이 12 페이지에 소개되어 있습니다. 일부 관련 견적 고려해야 할 사항 :

한 쌍의 반대 전하로서 자유 정공과 자유 전자는 쿨롱 인력을 경험합니다. 따라서 전자는 마치 수소와 같은 원자 인 것처럼 구멍을 공전 할 수 있습니다 …

엑시톤은 결정을 통해 이동할 수 있습니다 (전자와 구멍은 이제 상대적으로 자유 롭습니다. 모바일 쌍). 이 이동성 때문에 엑시톤은 공간적으로 국한된 상태의 집합이 아닙니다. 더욱이 엑시톤 상태는 반도체 에너지 다이어그램에서 잘 정의 된 전위를 가지고 있지 않습니다. 그러나 전도대 에지를 기준 레벨로 사용하고이 에지를 연속 상태 ($ n = \)로 만드는 것이 일반적입니다. infty $).

연속 상태는 전자와 정공을 “자유”상태로 되 돌리는 것이기 때문에이 “사용자 지정”은 의미가 있습니다. 전도대와 가전 자대에 있습니다.

1. $ E_ {B} $ 가 $ E_ {g} $ 보다 낮습니까?

해당 없음 $ E_ {B} < E_ {g} $ 를 제한하는 것입니다. 드문 경우지만 $ E_ {B} $ 가 $ E_ {g} $ 보다 클 수 있습니다. $ E_ {B} $ 가 $ E_ {g} $ 를 초과하면 거시적 인 수의 엑시톤은 자발적으로 형성됨 (여기 없음). 이 “접지”상태를 일반적으로 여기 절연체라고합니다. Phys를 참조하세요. 예 : Rev. 158 , 462 (1967) . Grosso & Pastori Parravicini, Solid State Physics 에서 $$ E_ {B} \ approx 13.6 \ dfrac {m _ {\ text {ex}}} {m_ {e}} \ dfrac {1} {\ varepsilon ^ {2}} \ quad \ text {(eV) } $$ 는 몇 eV의 밴드 갭에 비해 무기 반도체에서 meV가 거의 없습니다. 그러나 $ E_ {g} $ 는 이중 양자 우물에서 엔지니어링 할 수 있습니다. 예를 들어 간접 여기자가 하나의 우물에서 전도대 전자와 원자가로 형성되는 경우 -다른 우물에 밴드 구멍. 이렇게하면 $ E_ {g} $ 를 $ E_ {B} $ 보다 작게 만들 수 있습니다. Nat을 참조하세요. Commun. 8 , 1971 (2017) .

2. 엑시톤을 형성하는 과정에서 에너지 차이 $ E_ {g} −E_ {B} $ 는 어디에 있습니까?

이완 과정에서 대부분 포논은 뜨거운 전자에서 에너지를 빼앗아 엑시톤을 형성 할 수 있습니다. 에너지가있는 포논 $ E _ {\ text {phonon}} = E_ {g} −E_ {B} $ 또는 많은 더 작은 에너지 포논이 에너지를 빼앗을 수 있습니다. 결함 또는 기타 복사 / 비방 사 프로세스도 가능합니다.

댓글

• 요점은 귀하의 진술이라고 생각합니다. " $ E_B $가 $ E_g $를 초과하면 거시적 인 수의 엑시톤이 자발적으로 형성됩니다 ".본질적으로 $ E_B < E_g $는 시스템이 안정적이며 더 이상 엑시톤을 생성하지 않음을 의미합니다.