Η κατανόηση της ενέργειας από υλικά ημιαγωγών είναι απαραίτητη για το σχεδιασμό ηλεκτρονικών και οπτικοηλεκτρονικών συσκευών. Καθορίζει πώς ένα υλικό αλληλεπιδρά με το φως και τα ηλεκτρικά ρεύματα. Αυτό το άρθρο παρέχει μια απλή μέθοδο για την εκτίμηση της ενέργειας από το σύστημα με βάση κοινές τεχνικές και δεδομένα.

Μέθοδοι υπολογισμού της ενέργειας των ζωνών ασφαλείας

Μια πρακτική προσέγγιση περιλαμβάνει την ανάλυση του φάσματος απορρόφησης ενός ημιαγωγού. Με τη μέτρηση του τρόπου απορρόφησης του φωτός σε διαφορετικά μήκη κύματος, μπορείτε να υπολογίσετε την ενέργεια bangap. Το κλειδί είναι να προσδιορίσετε το άκρο απορρόφησης, όπου το υλικό αρχίζει να απορροφά αποτελεσματικά φωτόνια.

Μια άλλη μέθοδος χρησιμοποιεί φασματοσκοπία φωτοφωταύγειας, όπου αναλύεται το εκπεμπόμενο φως από ένα υλικό. Το μήκος κύματος εκπομπής αιχμής αντιστοιχεί στην ενέργεια bandgap, η οποία μπορεί να υπολογιστεί χρησιμοποιώντας τη σχέση:

Eg = hc / λ

όπου Eg είναι η ενέργεια bandgap, h είναι η σταθερά του Planck, c] είναι η ταχύτητα του φωτός, και l είναι το μήκος κύματος εκπομπών.

Χρήση των εικονιδίων Tauc για Εκτίμηση

Η πλοκή Tauc είναι μια κοινή τεχνική για τον προσδιορισμό του οπτικού bandgap από τα δεδομένα απορρόφησης. Περιλαμβάνει σχεδίαση (ahv)^n έναντι hv, όπου α είναι ο συντελεστής απορρόφησης, hv είναι η ενέργεια φωτονίων, και n εξαρτάται από τον τύπο της ηλεκτρονικής μετάβασης (n=2 για την έμμεση, n=1/2 για την άμεση bandgap).

Το γραμμικό τμήμα της επιφάνειας παρεκβάλλεται για να διασταυρωθεί ο ενεργειακός άξονας, δίνοντας μια εκτίμηση της ενέργειας bangap.

Πρακτικές Συμβουλές

  • Διασφάλιση ακριβούς μέτρησης της απορρόφησης ή των φασμάτων εκπομπών.
  • Χρήση κατάλληλων τιμών για το n με βάση τον τύπο μετάβασης του υλικού.
  • Βαθμονόμηση οργάνων τακτικά για ακριβή αποτελέσματα.
  • Σύγκριση αποτελεσμάτων με γνωστά δεδομένα για επικύρωση.