Dans le silicium, la lumière visible est-elle suffisante pour exciter la plupart des électrons d'une bande de valence à une bande de conduction?

Nov 20 2020

Les électrons de la bande de valence dans le semi-conducteur peuvent passer à la bande de conduction si l'énergie appropriée est appliquée sous forme de (j'ai trouvé le point de la réponse de Samares dans ce lien et cela a également du sens):

  1. L'énérgie thermique
  2. Énergie photonique
  3. Champ électrique

Selon ce lien , "les photons rouges de la lumière transportent environ 1,8 électron-volts (eV) d'énergie, tandis que chaque photon bleu transmet environ 3,1 eV.".

Donc, si je place un solide de silicium (qui a un réseau silicium-silicium avec chaque silicium partageant ses électrons de valence avec 4 autres silicium) dans une pièce bien éclairée, puis-je dire que la majorité des électrons de la bande de valence (qui peuvent) sauter à la bande de conduction?

Étant donné qu'à partir de ce lien , le silicium a une bande interdite de 1,1 eV, il me semble que les électrons capables seraient promus en bande de conduction dans une pièce bien éclairée (lumière naturelle du soleil à travers des fenêtres ou une lampe électrique). En effet, l'énergie photonique minimale de la lumière visible est supérieure à la bande interdite.

Ma confusion vient de certains points

  1. La bande interdite mentionnée ci-dessus pourrait être pour un atome isolé et non pour un atome dans un réseau.
  2. Si le point ci-dessus est faux et que la bande interdite donnée est bien pour un atome dans un réseau, alors est-ce pour les 4 électrons de valence? J'ai tendance à penser que lorsqu'un électron saute, la bande interdite des 3 autres peut augmenter.

Alors, est-il correct de dire que dans une pièce bien éclairée, nous aurons une bande de conduction remplie autant que possible d'électrons de bande de valence, même à une température fixe (la variance de température n'aura pas d'importance alors)?

Réponses

1 SamPering Nov 20 2020 at 16:56

Premièrement, tous les photons de la longueur d'onde requise ne généreront pas une paire de porteurs, cela dépend également de choses comme la pénétration du matériau absorbant par le photon spécifique, déterminée par le coefficient d'absorption. Je recommanderais le site pveducation.org qui est une bonne ressource pour ce genre de chose. De plus, je ne sais pas si c'est ce que vous voulez dire, mais la durée de vie des électrons est assez courte, il serait donc impossible d'exciter tous les électrons à la fois.

Pour aborder vos points de confusion:

  1. La bande interdite varie dans tout le réseau en fonction de la quantité de mouvement - la bande interdite couramment utilisée est la distance énergétique la plus courte entre les bandes de valence et de conduction. Par conséquent, dans un semi-conducteur à bande interdite indirecte, un phonon (vibration de réseau) est également nécessaire pour l'absorption. Un atome n'a pas techniquement de «bande interdite», car il est juste entre le HOMO et le LUMO.

  2. Lorsqu'un électron est déplacé dans la bande de valence, la charge protonique est répartie sur moins d'électrons, de sorte que les autres de cet atome seraient plus difficiles à éliminer (c'est plus facile à visualiser dans un seul atome). Les électrons de silicium sont également impliqués dans la liaison, de sorte que la suppression des 4 entraînerait l'effondrement de la structure.

J'espère que cela aide un peu.

my2cts Nov 20 2020 at 20:45

Ce que vous demandez n'est pas clair, mais si vous demandez si un électron de valence peut être excité dans la bande de conduction par exposition à la lumière du jour, la réponse est non. La lumière bleue a une énergie de 3 eV, elle ne peut donc exciter que des électrons de valence jusqu'à 2 eV en dessous du sommet de la bande de valence. La bande de valence est beaucoup plus large que 2 eV.

Exciter tous les électrons de valence en même temps nécessite une assez grande quantité d'énergie et toute tentative vaporisera instantanément votre cristal de Si.