W półprzewodniku wymaga energii równoważnej energii pasma wzbronionego ($ E_g $), aby wzbudzić elektron do pasma przewodnictwa. Daje to początek ekscytonowi (parze dziur przewodzących elektron-walencyjność). Mówi się, że energia uwalniana podczas rekombinacji (energia wiązania ekscytonów, $ E_B $) jest nieco niższa niż energia przerwy wzbronionej.
Oto moje pytania:
-
Dlaczego $ E_B $ jest niższe niż $ E_g $?
-
Gdzie jest różnica energii $ E_g – E_B $ w procesie tworzenia ekscytonu?
Zauważyłem to pytanie jako możliwy duplikat, ale odpowiedź nie mówi nic więcej niż „To jest bardzo skomplikowane”. Czy nie ma sensownego sposobu, aby przynajmniej intuicyjnie zrozumieć te pytania?
Komentarze
- Zwróć uwagę, że Energia wiązania ekscytonu to różnica między pasmem wzbronionym kwazycząstek a energią wzbudzenia ekscytonu. W swoim tekście odnosisz się do energii wiązania ekscytonu tak, jak do energii wzbudzenia ekscytonu. pubs.rsc.org / services / images / …
Odpowiedź
Ekscyton to interakcja pomiędzy tym, co pierwotnie było wolnym elektronem i wolną dziurą. Dzięki sile Coulomba te pary generują kompleks podobny do pseudowodoru.
Mogę zasugerować przyjrzenie się Jacquesowi Pankove ” doskonałe „Procesy optyczne w półprzewodnikach”, gdzie ekscytony zostały wprowadzone na stronie 12. Niektóre istotne cytaty co należy wziąć pod uwagę:
Wolna dziura i wolny elektron, jako para przeciwnych ładunków, są przyciągane kulombami. Dlatego elektron może orbitować dziurę tak, jakby był atomem wodoru …
Ekscyton może wędrować przez kryształ (elektron i dziura są teraz stosunkowo wolne, ponieważ są połączone jako para telefonu komórkowego). Z powodu tej ruchliwości ekscyton nie jest zbiorem stanów zlokalizowanych przestrzennie. Co więcej, stany ekscytonów nie mają dobrze zdefiniowanego potencjału na diagramie energetycznym półprzewodnika. Jednak zwykle używa się krawędzi pasma przewodnictwa jako poziomu odniesienia i uczynienia tego zbocza stanem kontinuum ($ n = \ infty $).
Ten „niestandardowy” ma jakiś sens, ponieważ stan kontinuum to powrót elektronu i dziury do ich „wolnych” stanów, które znajdują się w pasmach przewodnictwa i walencji.
Odpowiedź
- Dlaczego $ E_ {B} $ niższe niż $ E_ {g} $ ?
Nie ma takiego rzecz, która ogranicza $ E_ {B} < E_ {g} $ . W rzadkich przypadkach $ E_ {B} $ może być większy niż $ E_ {g} $ . Gdy $ E_ {B} $ przekroczy $ E_ {g} $ , makroskopowa liczba ekscytonów będzie powstały spontanicznie (bez żadnych podnieceń). Ten stan „podstawowy” jest zwykle określany jako izolator ekscytonu. Patrz Fiz. Na przykład wersja 158 , 462 (1967) . Z Grosso & Pastori Parravicini, Solid State Physics okazuje się, że $$ E_ {B} \ około 13,6 \ dfrac {m _ {\ text {przy}}} {m_ {e}} \ dfrac {1} {\ varepsilon ^ {2}} \ quad \ text {(w eV) } $$ , co jest rzędu kilku meV w półprzewodnikach nieorganicznych, w porównaniu z pasmem wzbronionym kilku eV. Jednak element $ E_ {g} $ można zaprojektować w podwójnych studniach kwantowych, na przykład, w których powstają pośrednie ekscytony z elektronem pasma przewodnictwa w jednej studni i wartościowością -paska dziura w innej studni. W ten sposób $ E_ {g} $ może być mniejsze niż $ E_ {B} $ . Patrz Nat. Commun. 8 , 1971 (2017) .
- Gdzie przebiega różnica energii $ E_ {g} −E_ {B} $ w procesie tworzenia ekscytonu?
Podczas procesu relaksacji, głównie fonony odbierają energię gorącym elektronom, aby mogły powstać ekscytony. Fonon z energią $ E _ {\ text {phonon}} = E_ {g} −E_ {B} $ lub wiele telefonów o mniejszej energii może odebrać energię. Defekty lub inne procesy radiacyjne / niepromieniste też mogą.
Komentarze
- Myślę, że kluczową kwestią jest twoje stwierdzenie " Gdy $ E_B $ przekroczy $ E_g $, spontanicznie utworzy się makroskopowa liczba ekscytonów ".Zasadniczo posiadanie $ E_B < E_g $ oznacza, że twój system jest stabilny i nie będzie tworzył więcej ekscytonów.