Ist sichtbares Licht in Silizium genug, um die meisten Elektronen vom Valenzband zum Leitungsband anzuregen?

Nov 20 2020

Valenzbandelektronen im Halbleiter können zum Leitungsband springen, wenn geeignete Energie in Form von (Ich habe den Punkt aus Samares 'Antwort in diesem Link gefunden und es macht auch Sinn):

  1. Wärmeenergie
  2. Photonenenergie
  3. Elektrisches Feld

Gemäß diesem Link "tragen rote Lichtphotonen etwa 1,8 Elektronenvolt (eV) Energie, während jedes blaue Photon etwa 3,1 eV durchlässt."

Wenn ich also einen Siliziumfeststoff (der ein Silizium-Silizium-Gitter hat, wobei jedes Silizium seine Valenzelektronen mit 4 anderen Silizium teilt) in einen gut beleuchteten Raum lege, kann ich sagen, dass die Mehrheit der Valenzbandelektronen (das kann) dies tut zum Leitungsband springen?

Angesichts der Tatsache, dass Silizium aufgrund dieser Verbindung eine Bandlücke von 1,1 eV aufweist, scheint es mir, dass die fähigen Elektronen in einem gut beleuchteten Raum (natürliches Sonnenlicht durch Fenster oder eine elektrische Lampe) zum Leitungsband befördert würden. Dies liegt daran, dass die minimale Photonenenergie aus sichtbarem Licht größer ist als die Bandlücke.

Meine Verwirrung kommt von bestimmten Punkten

  1. Die oben erwähnte Bandlücke könnte für ein isoliertes Atom und nicht für ein Atom in einem Gitter sein.
  2. Wenn der obige Punkt falsch ist und die angegebene Bandlücke tatsächlich für ein Atom in einem Gitter gilt, gilt dies dann für alle 4 Valenzelektronen? Ich neige dazu zu glauben, dass sich die Bandlücke für die anderen 3 vergrößern kann, wenn ein Elektron springt.

Ist es also richtig zu sagen, dass in einem gut beleuchteten Raum das Leitungsband auch bei einer festen Temperatur so weit wie möglich mit Valenzbandelektronen gefüllt ist (Temperaturabweichung spielt dann keine Rolle)?

Antworten

1 SamPering Nov 20 2020 at 16:56

Erstens erzeugen nicht alle Photonen der erforderlichen Wellenlänge ein Trägerpaar, dies hängt auch von Dingen ab, wie dem Eindringen des spezifischen Photons in das Absorbermaterial, das durch den Absorptionskoeffizienten bestimmt wird. Ich würde die Website pveducation.org empfehlen, die eine gute Ressource für solche Dinge ist. Ich bin mir auch nicht sicher, ob Sie das meinen, aber die Lebensdauer der Elektronen ist ziemlich kurz, so dass es unmöglich wäre, alle Elektronen gleichzeitig anzuregen.

Um Ihre Verwirrungspunkte anzusprechen:

  1. Die Bandlücke variiert im gesamten Gitter basierend auf dem Impuls - die üblicherweise verwendete Bandlücke ist der kürzeste energetische Abstand zwischen den Valenz- und Leitungsbändern. Daher ist in einem Halbleiter mit indirekter Bandlücke auch ein Phonon (Gitterschwingung) zur Absorption erforderlich. Ein Atom hat technisch gesehen keine "Bandlücke", da es sich nur zwischen HOMO und LUMO befindet.

  2. Wenn ein Elektron in das Valenzband bewegt wird, verteilt sich die Protonenladung auf weniger Elektronen, sodass die verbleibenden Elektronen von diesem Atom schwerer zu entfernen sind (dies ist in einem einzelnen Atom leichter zu visualisieren). Auch die Siliziumelektronen sind an der Bindung beteiligt, so dass das Entfernen aller 4 die Struktur kollabieren lassen würde.

Ich hoffe das hilft ein bisschen.

my2cts Nov 20 2020 at 20:45

Es ist nicht klar, was Sie fragen, aber wenn Sie fragen, ob ein Valenzelektron durch Belichtung mit Tageslicht zum Leitungsband angeregt werden kann, lautet die Antwort nein. Blaues Licht hat eine Energie von 3 eV, so dass es nur Valenzelektronen bis zu 2 eV unterhalb der Spitze des Valenzbandes anregen kann. Das Valenzband ist viel breiter als 2 eV.

Um alle Valenzelektronen gleichzeitig anzuregen , ist ziemlich viel Energie erforderlich, und jeder Versuch verdampft Ihren Si-Kristall sofort.