فجوة النطاق
فرجة الطاقة أوفجوة النطاق بالإنجليزية: Band gap أوفجوة الطاقة تعبير عن مجال طاقي في الجسم الصلب لا يمكن للإلكترونات فيه حتى توجد. بالنظر إلى مخططات هجريب النطاق الإلكتروني للأجسام الصلبة نجد حتى فجوة النطاق تمثل الفرق الطاقي، والذي غالباً ما يعبر عنه بالإلكترون فولت eV، بين أعلى نطاق التكافؤ وأسفل نطاق التوصيل. تبرز خاصة فجوة النطاق في العوازل وأشباه الموصلات حيث تحدد قيمة الفجوة الكثير من الخصائص البصرية والكهربائية للجسم الصلب، أما في الموصلات الكهربائية فإن نطاقي التكافؤ والتوصيل متداخلان، لذلك ليس لديها فجوة نطاق.
في فيزياء أشباه الموصلات
The band-gap energy of semiconductors tends to decrease with increasing temperature. When temperature increases, the amplitude of atomic vibrations increase, leading to larger interatomic spacing. The interaction between the lattice phonons and the free electrons and holes will also affect the band gap to a smaller extent. The relationship between band gap energy and temperature can be described by Varshni's empirical expression,
- , where Eg(0), α and β are material constants.
In a regular semiconductor crystal, the band gap is fixed owing to continuous energy states. In a quantum dot crystal, the band gap is size dependent and can be altered to produce a range of energies between the valence band and conduction band. It is also known as quantum confinement effect.
Band gaps also depend on pressure. Band gaps can be either direct or indirect, depending on the electronic band structure.
التفسير الرياضي
Classically, the ratio of probabilities that two states with an energy difference ΔE will be occupied by an electron is given by the Boltzmann factor:
where:
- ΔE فرق الطاقة
- k is ثابت بولتسمان
- T is درجة الحرارة.
At the Fermi level (or chemical potential), the probability of a state being occupied is ½. If the Fermi level is in the middle of a band gap of 1 eV, this ratio is e−20 or about 2.0⋅10−9 at the room-temperature thermal energy of 25.9 meV.
الخلايات الفوتوڤولتية
The optical band gap (see below) determines what portion of the solar spectrum a photovoltaic cell absorbs. A luminescent solar converter uses a luminescent medium to downconvert photons with energies above the band gap to photon energies closer to the band gap of the semiconductor comprising the solar cell.
أمثلة لفجوات النطاق
| المادة | الرمز | فجوة النطاق(eV) عند 302K |
المرجع |
|---|---|---|---|
| سيليكون | Si | 1.11 | |
| سلنيوم | Se | 1.74 | |
| جرمانيوم | Ge | 0.67 | |
| كربيد السيليكون | SiC | 2.86 | |
| فوسفيد الألومنيوم | AlP | 2.45 | |
| زرنيخيد الألومنيوم | AlAs | 2.16 | |
| إثميد الألومنيوم | AlSb | 1.6 | |
| نيتريد الألومنيوم | AlN | 6.3 | |
| ألماس | C | 5.5 | |
| فوسفيد الگاليوم الثلاثي | GaP | 2.26 | |
| زرنيخيد الگاليوم الثلاثي | GaAs | 1.43 | |
| نيتريد الگاليوم الثلاثي | GaN | 3.4 | |
| كبريتيد الگاليوم الثنائي | GaS | 2.5 | |
| إثميد الغاليوم | GaSb | 0.7 | |
| نيتريد الإنديوم الثلاثي | InN | 0.7 | |
| فوسفيد الإنديوم الثلاثي | InP | 1.35 | |
| زرنيخيد الإنديوم الثلاثي | InAs | 0.36 | |
| أكسيد الزنك | ZnO | 3.37 | |
| كبريتيد الزنك | ZnS | 3.6 | |
| سيلينيد الزنك | ZnSe | 2.7 | |
| تيلوريد الزنك | ZnTe | 2.25 | |
| كبريتيد الكادميوم | CdS | 2.42 | |
| سلنيد الكادميوم | CdSe | 1.73 | |
| تيلوريد الكادميوم | CdTe | 1.49 | |
| كبريتيد الرصاص الثنائي | PbS | 0.37 | |
| سيلينيد الرصاص الثنائي | PbSe | 0.27 | |
| تيلوريد الرصاص الثنائي | PbTe | 0.29 | |
| أكسيد النحاس الثنائي | CuO | 1.2 | |
| أكسيد النحاس الأحادي | Cu2O | 2.1 |
المواد
- Aluminium gallium arsenide
- نيتريد البورون
- Indium gallium arsenide
- زرنيخيد الإنديوم
- زرنيخيد الگاليوم
- نيتريد الگاليوم
- جرمانيوم
- هيدروجين فلزي
قائمة موضوعات الإلكترونيات
- إلكترونيات
- Bandgap voltage reference
- Condensed matter physics
- Direct and indirect bandgaps
- Electrical conduction
- Electron hole
- Field-effect transistor
- Photodiode
- Photoresistor
- Photovoltaics
- Solar cell
- Solid state physics
- Semiconductor
- Semiconductor devices
- Strongly correlated material
- Valence band
انظر أيضاً
- Wide bandgap semiconductors
- Band bending
- Spectral density
- Pseudogap
المراجع
- ^ الهيئة الذرية السورية
- ^ H. Unlu (1992). "A Thermodynamic Model for Determining Pressure and Temperature Effects on the Bandgap Energies and other Properties of some Semiconductors". Solid State Electronics. 35 (9): 1343–1352. Bibcode:1992SSEle..35.1343U. doi:10.1016/0038-1101(92)90170-H.
- ^ Temperature dependence of the energy bandgap. Ece-www.colorado.edu. Retrieved on 2013-04-03.
- ^ “Evident Technologies”. Evidenttech.com. Retrieved on 2013-04-03.
- ^ Nanoscale Material Design. Nrel.gov. Retrieved on 2013-04-03.
- ^ Nanocrystalline luminescent solar converters, 2004
- ^ Streetman, Ben G. (2000). Solid State electronic Devices (5th ed.). New Jersey: Prentice Hall. p. 524. ISBN . Unknown parameter
|coauthors=ignored (|author=suggested) (help) -
^ Wu, J. (2002). "Unusual properties of the fundamental band gap of InN". Applied Physics Letters. 80: 3967. doi:10.1063/1.1482786.
|first2=missing|last2=(help);|first3=missing|last3=(help);|first4=missing|last4=(help);|first5=missing|last5=(help);|first6=missing|last6=(help);|first7=missing|last7=(help);|first8=missing|last8=(help);|first9=missing|last9=(help) -
^ Madelung, Otfried (1996). Semiconductors - Basic Data (2nd rev. ed.). Springer-Verlag. ISBN . Unknown parameter
|ISBN-status=ignored (help) - ^ Elliott, R. J. (1961). "Symmetry of Excitons in Cu2O". Physical Review. 124: 340. doi:10.1103/PhysRev.124.340.
- ^ Baumeister, P.W. (1961). "Optical Absorption of Cuprous Oxide". Physical Review. 121.
وصلات خارجية
- Direct Band Gap Energy Calculator
- Moriarty, Philip. "Energy Gap (and what makes glass transparent?)". Sixty Symbols. Brady Haran for the University of Nottingham.
