Bändivälitekniikka sisältää materiaalien elektronisten ominaisuuksien muokkaamisen haluttujen toimintojen saavuttamiseksi. Se on olennaisen tärkeää puolijohde-, optoelektroniikka- ja aurinkokennojen kehittämisessä. Tässä artikkelissa tarkastellaan käytännön tekniikoita ja laskelmia, joita käytetään bändivälien suunnittelussa.

Tekniikat Band Gap Engineering

Materiaalien kaistavälin muuttamiseen käytetään useita menetelmiä, kuten dopingia, rasitusten levitystä ja kvanttien säilömistä. Jokainen tekniikka säätää elektronista rakennetta räätälöimään materiaalin ominaisuudet tiettyihin sovelluksiin.

Käytännön tekniikat

Doping[] tuo epäpuhtauksia materiaaliin muuttaakseen sen sähköominaisuuksia. Esimerkiksi fosforin lisääminen piiksi luo n-tyyppisiä puolijohteita, joiden bändiväli on kapeampi. ]Jännitetekniikka[] tarkoittaa mekaanisen muodonmuutoksen soveltamista atomivälin muuttamiseksi, mikä vaikuttaa bändin rakenteeseen. []Kvanttikontakti [] esiintyy nanorakenteissa, kuten kvanttipisteissä, joissa koon pienentäminen johtaa laajempaan tehokkaaseen bändikuoppaan.

Laskelmat Band Gap Engineering

Laskelmiin kuuluu usein elektroninen bändirakenne mallintaminen käyttäen menetelmiä kuten tiheys funktionaalisuusteoria (DFT). Bändi kuilu energia (Eg) voidaan arvioida analysoimalla elektroninen tiheys valtiot tai käyttämällä empiirisiä kaavoja. Esimerkiksi, kvantti eristys vaikutus nanopartikkeleissa voidaan lähentää Brus yhtälö:

Eg(nano) = Eg(bulk) + (ħ2π2) /(2R2) * (1/me + 1/mh)[

jossa Eg(nano][] on nanohiukkasen kaistaväli Eg(bulk)[] on irtotavaran kaistaväli, []R[[]] on hiukkassäde, ja [min[] ja []mh[[[]] ovat elektronien ja reikien tehokkaat massat.

Yhteenveto

Bändivälitekniikka yhdistää erilaisia tekniikoita ja laskelmia materiaalien elektronisten ominaisuuksien muuttamiseksi. Näiden menetelmien ymmärtäminen mahdollistaa kehittyneiden elektronisten ja optoelektronisten laitteiden suunnittelun.