Într-un semiconductor necesită energie echivalentă cu energia gap gap ($ E_g $) pentru a excita un electron în banda de conducție. Acest lucru dă naștere unui exciton (pereche de găuri electronice-valențe de conducere). Se spune că energia eliberată atunci când acestea se recombină (energie de legare a excitonului, $ E_B $) este ușor mai mică decât energia gap band.
Iată întrebările mele:
-
De ce este $ E_B $ mai mic decât $ E_g $?
-
Unde merge diferența de energie $ E_g – E_B $ în procesul de formare a unui exciton?
Am observat această întrebare ca posibil duplicat, dar răspunsul nu spune cu adevărat mai multe decât „Este foarte complicat”. Nu există o modalitate sensibilă de a obține cel puțin o înțelegere intuitivă a acestor întrebări?
Comentarii
- Rețineți că energia de legare a excitonului este diferența dintre decalajul benzii cvasiparticulare și energia de excitație a excitonului. În textul dvs., vă referiți la energia de legare a excitonului, așa cum ar fi energia de excitație a excitonului. / services / images / …
Răspuns
Un exciton este o interacțiune între ceea ce a fost inițial un electron liber și o gaură liberă. Prin forța Coulomb, aceste perechi generează un complex pseudo-hidrogen.
Aș putea sugera să ne uităm la Jacques Pankove ” Este excelent „Procese optice în semiconductori”, unde excitonii sunt introduși la pagina 12. Câteva relevante Este de luat în considerare:
O gaură liberă și un electron liber ca o pereche de sarcini opuse experimentează o atracție coulomb. Prin urmare, electronul poate orbita gaura ca și cum ar fi un atom asemănător cu hidrogenul …
Excitonul poate rătăci prin cristal (electronul și gaura sunt acum relativ libere, deoarece sunt asociate ca un pereche mobilă). Din cauza acestei mobilități, excitonul nu este un set de stări spațial localizate. Mai mult, stările excitonice nu au un potențial bine definit în diagrama energetică a semiconductorului. Cu toate acestea, este obișnuit să se utilizeze marginea benzii de conducție ca nivel de referință și să facă din această margine starea continuumului ($ n = \ infty $).
Acest „obicei” are ceva sens, deoarece starea continuum este o revenire a electronului și a găurii la stările lor „libere”, care se află în benzile de conducere și valență.
Răspuns
- De ce este $ E_ {B} $ mai mic decât $ E_ {g} $ ?
Nu există astfel lucru care limitează $ E_ {B} < E_ {g} $ . $ E_ {B} $ poate fi mai mare decât $ E_ {g} $ în cazuri rare. Când $ E_ {B} $ depășește $ E_ {g} $ , va fi un număr macroscopic de excitoni formate spontan (fără nicio excitație). Această stare „de bază” este denumită de obicei un izolator excitonic. Consultați Phys. Rev. 158 , 462 (1967) de exemplu. Din Grosso & Pastori Parravicini, Solid State Physics , se dovedește că $$ E_ {B} \ aproximativ 13,6 \ dfrac {m _ {\ text {ex}}} {m_ {e}} \ dfrac {1} {\ varepsilon ^ {2}} \ quad \ text {(în eV) } $$ care este de ordinul a puțini meV în semiconductori anorganici, comparativ cu diferența de bandă de puțini eV. Cu toate acestea, $ E_ {g} $ poate fi proiectat în puțuri cuantice duble, de exemplu, unde excitonii indirecți sunt formați cu un electron cu bandă de conducere într-un puț și o valență – gaura de bandă într-un alt puț. În acest fel, $ E_ {g} $ poate fi făcut mai mic decât $ E_ {B} $ . Vezi Nat. Comun. 8 , 1971 (2017) .
- Unde merge diferența de energie $ E_ {g} −E_ {B} $ în procesul de formare a unui exciton?
În timpul procesului de relaxare, în cea mai mare parte fononii îndepărtează energia de la electronii fierbinți, astfel încât excitonii să poată fi formați. Un fonon cu energie $ E _ {\ text {phonon}} = E_ {g} −E_ {B} $ sau mulți fononi cu energie mai mică pot lua energia. Defecte sau alte procese radiative / non-radiative pot, de asemenea.
Comentarii
- Cred că punctul cheie este afirmația dvs. " Când $ E_B $ depășește $ E_g $, se va forma spontan un număr macroscopic de excitoni ".A avea în esență $ E_B < E_g $ înseamnă că sistemul dvs. este stabil și nu va crea mai mulți excitoni.