Vetitë optike dhe të transportit të gjysmëpërçuesve

Mënyra se si një gjysmëpërçues thith dritën dhe si bartësit e tij lëvizin dhe difuzojnë nën ndikimin e fushave, përcakton nëse ai është një detektor, emetues ose tranzistor i mirë, dhe këto veti rrjedhin nga struktura e tij e brezit dhe shpërndarja.

Definition

Vetitë e transportit të një gjysmëpërçuesi përshkruajnë se si elektronet dhe vrimat lëvizin nën fusha elektrike dhe gradientë përqendrimi, të karakterizuara nga lëvizshmëria, përçueshmëria dhe difuzioni; vetitë optike përshkruajnë se si materiali thith dhe emeton dritë përmes boshllëkut të tij të brezit, të përcaktuar nga struktura e brezit dhe drejtpërdrejtësia e boshllëkut.

Scope

Kjo temë mbulon transportin elektrik dhe përgjigjen optike të gjysmëpërçuesve: lëvizjen dhe lëvizshmërinë e bartësve, mekanizmat e shpërndarjes (fononike dhe të papastërtive) që e kufizojnë atë, difuzionin dhe relacionin e Ajnshtajnit, efektin Hall dhe rikombinimin. Nga ana optike, ajo mbulon thithjen në skajin e brezit, dallimin midis boshllëqeve direkte dhe indirekte për emetimin e dritës, ekscitonet dhe fotopërçueshmërinë. Ajo lidh strukturën e brezit dhe statistikën e bartësve të zonës me vetitë e matshme të rëndësishme për pajisjet.

Core questions

• Çfarë përcakton lëvizshmërinë e bartësve dhe cilët mekanizma shpërndarjeje e kufizojnë atë?
• Si lidhen lëvizja dhe difuzioni përmes relacionit të Ajnshtajnit?
• Pse drejtpërdrejtësia e boshllëkut të brezit kontrollon nëse një gjysmëpërçues emeton dritë në mënyrë efikase?
• Çfarë janë ekscitonet dhe fotopërçueshmëria, dhe si e formësojnë ato përgjigjen optike?

Key concepts

• Lëvizja, lëvizshmëria dhe përçueshmëria e bartësve
• Shpërndarja fononike dhe e papastërtive
• Difuzioni dhe relacioni i Ajnshtajnit
• Tranzicionet optike direkte kundrejt atyre indirekte
• Ekscitonet dhe fotopërçueshmëria

Clinical relevance

Vetitë e transportit dhe optike vendosin performancën e pajisjes: lëvizshmëria përcakton shpejtësinë e tranzistorit, boshllëku direkt ose indirekt përcakton nëse një material mund të prodhojë LED dhe lazer efikas (si në arsenidin e galiumit kundrejt silicit), dhe thithja qeveris fotodetektorët dhe qelizat diellore.

History

Efekti Hall (1879) ofroi një mjet të hershëm për të matur shenjën dhe dendësinë e bartësve; teoria kuantike e thithjes në skajin e brezit dhe ekscitoneve u zhvillua në vitet 1930, dhe njohja se përbërjet me boshllëk direkt si arsenidi i galiumit emetojnë dritë në mënyrë efikase, mbështeti optoelektronikën që doli nga mesi i shekullit të njëzetë.

Key figures

• Edwin Hall
• Albert Einstein
• Gregory Wannier

Seminal works

• ashcroft1976
• sze2007

Frequently asked questions

Pse silici prodhon pajisje me emetim të dobët të dritës?

Silici ka një boshllëk brezi indirekt, kështu që një elektron dhe vrimë që rikombinohen përmes boshllëkut duhet të përfshijnë edhe një fonon për të ruajtur momentin; kjo e bën rikombinimin rrezatues joefikas, prandaj materialet me boshllëk direkt si arsenidi i galiumit përdoren për LED dhe lazer.

Çfarë kufizon shpejtësinë me të cilën lëvizin bartësit në një gjysmëpërçues?

Bartësit shpërndahen nga dridhjet e rrjetës (fononet) dhe nga papastërtitë e jonizuara; këto përplasje kufizojnë lëvizshmërinë, me shpërndarjen fononike që dominon në temperatura të larta dhe shpërndarjen e papastërtive në temperatura të ulëta dhe dopim të rëndë.