Bandas en semiconductores: diagrama EEE vs. kkk

Siempre pensé que en un semiconductor había un hueco, una banda de conducción y una banda de valencia. Sin embargo, leyendo un libro me encontré con esta imagen.

ingrese la descripción de la imagen aquí

Y ahora estoy muy confundido. Aparentemente, existe un número infinito de brechas (es decir, bandas de energía prohibidas). ¿Es esto así? ¿Y qué pasa con las bandas de conducción y valencia? ¿Cuál de todas las bandas del gráfico les corresponde?

Además, ¿todos los electrones en la banda de conducción o valencia tienen la misma energía? ¿O pueden diferir? Porque de este gráfico, parece que los electrones con diferentes k pueden pertenecer a la misma banda pero tener diferentes cantidades de energía mi . ¿Es esto correcto o no?

Respuestas (1)

Hay una brecha relevante en la física de semiconductores: la brecha entre la banda de energía completamente ocupada más alta (banda de valencia) y la banda desocupada más baja (banda de conducción). Pero también hay brechas entre otras bandas de energía. Lo que pasa es que no son muy relevantes para el efecto semiconductor. Entre bandas llenas no tienen ningún efecto porque no hay transición posible entre bandas llenas y entre bandas vacías bueno... están vacías de todos modos, ¿no? En cuanto a qué banda en el gráfico corresponde a qué banda, esto depende del semiconductor del que estemos hablando. Tenga en cuenta que las bandas de energía (o superficies/volúmenes en el espacio k 3D) de los materiales reales a menudo parecen mucho más complicadas. Los electrones pueden pertenecer a la misma banda y tener diferentes energías, eso es correcto. Cada banda representa un intervalo de energías posibles que pueden tomar los electrones en esta banda. Pero como hay una brecha de energía entre la conducción y la banda de valencia, un electrón en la banda de conducción tiene al menos la cantidad de esa brecha de energía más energía que el electrón en la banda de valencia.

En el caso del silicio, entiendo que sus niveles de energía 1 y 2 están totalmente ocupados, por lo que el nivel de energía 3 sería el de valencia, ¿no? ¿Significa esto que las dos primeras bandas permitidas están llenas y la tercera (correspondiente a 2 π / a < | k | < 3 π / a ) sería la banda de valencia? Si esto es correcto, entonces creo que la próxima banda será la banda de conducción. ¿Y las próximas bandas? ¿Pueden los electrones subir allí? ¿Existen o qué?
Desafortunadamente, el caso real no es tan simple como tener niveles de energía numerados. Si tiene acceso a una Física de estado sólido de Ibach Lüth, puede ver el esquema para Si en el capítulo 12. Pero el principio no cambia. La más alta totalmente ocupada será la banda de valencia. Las bandas vacías por encima de la banda de conducción "existen", pero se necesitaría mucha energía para llegar allí y un electrón probablemente bajaría de nuevo a una banda más baja muy pronto.
Entonces, ¿significaría eso que lo que llamamos la "banda de conducción" es en realidad la primera banda que viene después de la de valencia?
sí, simplemente porque si los electrones se energizan en una banda más alta, es más probable que aterricen allí Y ya pueden moverse en esa banda (a diferencia de las bandas completas a continuación)
Podría sugerir que el OP también está confundido porque la trama que reprodujeron no está en una zona reducida. Una vez que todo se devuelve a la primera zona, se vuelve más fácil ver que se parece más a las típicas imágenes de estructura de "banda". Aunque, para los dispositivos, la estructura de la banda se coloca contra la posición en el dispositivo, o simplemente contra ningún eje real para atraer a los dopantes/aceptores/lo que sea. Los gráficos reales de E frente a k a lo largo de diferentes direcciones generalmente se pasan por alto en los cursos de introducción a los semiconductores (y definitivamente en los cursos de dispositivos).
¿Y se puede llenar la banda de conducción? Quiero decir, ¿qué pasaría si los electrones ya no pudieran moverse en esa banda? (Si esto es posible)
Por lo general, esto no sucede, ya que necesitaría una gran cantidad de electrones para excitarse térmicamente. Puede que no sea imposible, pero no es un escenario realista.
Bandas en semiconductores: diagrama EEE vs. kkk
RespuestasAquíPolítica de privacidad1y, 0v