Band gap engineering omvat het aanpassen van de elektronische eigenschappen van materialen om gewenste functionaliteiten te bereiken. Het is essentieel bij de ontwikkeling van halfgeleiders, opto-elektronische apparaten en zonnecellen. Dit artikel onderzoekt praktische technieken en berekeningen die worden gebruikt in band gap engineering.

Technieken voor Band Gap Engineering

Er worden verschillende methoden gebruikt om de bandkloof tussen materialen te veranderen, zoals doping, toepassing van stam en kwantumopsluiting. Elke techniek past de elektronische structuur aan om de eigenschappen van het materiaal voor specifieke toepassingen aan te passen.

Praktische technieken

Doping introduceert onzuiverheden in een materiaal om zijn elektrische eigenschappen te veranderen. Bijvoorbeeld, het toevoegen van fosfor aan silicium creëert n-type halfgeleiders met een smallere bandspleet. Strain engineering[] impliceert het toepassen van mechanische vervorming om atomaire afstand te veranderen, die de bandstructuur beïnvloedt. [Quantum opsluiting treedt op in nanostructuren zoals quantum stippen, waar groottereductie leidt tot een bredere effectieve bandkloof.

Berekeningen in Band Gap Engineering

Bij berekeningen wordt vaak gebruik gemaakt van elektronische bandstructuurmodellen met methoden zoals dichtheidsfunctionele theorie (DFT). De bandkloof energie (Eg) kan worden geschat door de elektronische dichtheid van staten te analyseren of empirische formules te gebruiken. Bijvoorbeeld, het kwantumopsluiting effect in nanodeeltjes kan worden benaderd door de Brus vergelijking:

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

Eg(nano) is de bandkloof van het nanodeeltjes, Eg(bulk) is de bandkloof van het bulkmateriaal, R is de deeltjesstraal, en me en mh zijn de effectieve massa's van elektronen en gaten.

Samenvatting

Band gap engineering combineert verschillende technieken en berekeningen om de elektronische eigenschappen van materialen te wijzigen. Het begrijpen van deze methoden maakt het ontwerpen van geavanceerde elektronische en opto-elektronische apparaten mogelijk.