अर्धचालकों के प्रकाशीय और परिवहन गुणधर्म

एक अर्धचालक प्रकाश को कैसे अवशोषित करता है और क्षेत्रों के तहत उसके वाहक कैसे प्रवाहित और विसरित होते हैं, यह निर्धारित करता है कि वह एक अच्छा डिटेक्टर, उत्सर्जक या ट्रांजिस्टर बनाता है या नहीं, और ये गुणधर्म उसकी बैंड संरचना और प्रकीर्णन से प्राप्त होते हैं।

Definition

एक अर्धचालक के परिवहन गुणधर्म यह वर्णन करते हैं कि इलेक्ट्रॉन और होल विद्युत क्षेत्रों और सांद्रता प्रवणता के तहत कैसे चलते हैं, जिनकी विशेषता गतिशीलता, चालकता और विसरण है; प्रकाशीय गुणधर्म यह वर्णन करते हैं कि सामग्री अपने बैंड गैप में प्रकाश को कैसे अवशोषित और उत्सर्जित करती है, जो बैंड संरचना और गैप की प्रत्यक्षता द्वारा निर्धारित होती है।

Scope

यह विषय अर्धचालकों के विद्युत परिवहन और प्रकाशीय प्रतिक्रिया को शामिल करता है: वाहक बहाव और गतिशीलता, इसे सीमित करने वाले प्रकीर्णन तंत्र (फोनन और अशुद्धि), विसरण और आइंस्टीन संबंध, हॉल प्रभाव और पुनर्संयोजन। प्रकाशीय पक्ष पर यह बैंड-एज अवशोषण, प्रकाश उत्सर्जन के लिए प्रत्यक्ष और अप्रत्यक्ष अंतरालों के बीच अंतर, एक्सिटॉन और फोटोकंडक्टिविटी को शामिल करता है। यह क्षेत्र की बैंड संरचना और वाहक सांख्यिकी को मापने योग्य उपकरण-प्रासंगिक गुणों से जोड़ता है।

Core questions

• वाहक गतिशीलता को क्या निर्धारित करता है, और कौन से प्रकीर्णन तंत्र इसे सीमित करते हैं?
• आइंस्टीन संबंध के माध्यम से बहाव और विसरण कैसे संबंधित हैं?
• बैंड गैप की प्रत्यक्षता यह क्यों नियंत्रित करती है कि एक अर्धचालक कुशलता से प्रकाश उत्सर्जित करता है या नहीं?
• एक्सिटॉन और फोटोकंडक्टिविटी क्या हैं, और वे प्रकाशीय प्रतिक्रिया को कैसे आकार देते हैं?

Key concepts

• वाहक बहाव, गतिशीलता और चालकता
• फोनन और अशुद्धि प्रकीर्णन
• विसरण और आइंस्टीन संबंध
• प्रत्यक्ष बनाम अप्रत्यक्ष प्रकाशीय संक्रमण
• एक्सिटॉन और फोटोकंडक्टिविटी

Clinical relevance

परिवहन और प्रकाशीय गुणधर्म उपकरण के प्रदर्शन का निर्धारण करते हैं: गतिशीलता ट्रांजिस्टर की गति निर्धारित करती है, प्रत्यक्ष या अप्रत्यक्ष गैप यह निर्धारित करता है कि कोई सामग्री कुशल एलईडी और लेजर बना सकती है या नहीं (जैसे गैलियम आर्सेनाइड बनाम सिलिकॉन में), और अवशोषण फोटोडिटेक्टर और सौर कोशिकाओं को नियंत्रित करता है।

History

हॉल प्रभाव (1879) ने वाहक चिह्न और घनत्व को मापने का एक प्रारंभिक साधन प्रदान किया; बैंड-एज अवशोषण और एक्सिटॉन का क्वांटम सिद्धांत 1930 के दशक में विकसित हुआ, और यह पहचान कि गैलियम आर्सेनाइड जैसे प्रत्यक्ष-गैप यौगिक कुशलता से प्रकाश उत्सर्जित करते हैं, ने मध्य-बीसवीं शताब्दी से उभरे ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्स को आधार प्रदान किया।

Key figures

• Edwin Hall
• Albert Einstein
• Gregory Wannier

Seminal works

• ashcroft1976
• sze2007

Frequently asked questions

सिलिकॉन खराब प्रकाश उत्सर्जक उपकरण क्यों बनाता है?

सिलिकॉन में एक अप्रत्यक्ष बैंड गैप होता है, इसलिए गैप के पार पुनर्संयोजन करने वाले एक इलेक्ट्रॉन और होल को संवेग के संरक्षण के लिए एक फोनन को भी शामिल करना चाहिए; यह विकिरण पुनर्संयोजन को अक्षम बनाता है, यही कारण है कि गैलियम आर्सेनाइड जैसी प्रत्यक्ष-गैप सामग्री का उपयोग एलईडी और लेजर के लिए किया जाता है।

एक अर्धचालक में वाहक कितनी तेजी से चलते हैं, इसे क्या सीमित करता है?

वाहक जाली कंपन (फोनन) और आयनित अशुद्धियों द्वारा प्रकीर्णित होते हैं; ये टक्करें गतिशीलता को सीमित करती हैं, उच्च तापमान पर फोनन प्रकीर्णन और कम तापमान और भारी डोपिंग पर अशुद्धि प्रकीर्णन हावी होता है।