Ширина запрещенной зоны

Опубликовано 17.04.2010 Ведущий Валерий Харыбин

Запрещённая зона - область значений энергии, которыми не может обладать электрон в идеальном (бездефектном) кристалле.
Ширина запрещённой зоны - это ширина энергетического зазора между дном зоны проводимости и потолком валентной зоны, в котором отсутствуют разрешённые состояния для электрона. У металлов и полуметаллов она равна нулю, в то время как у полупроводников и диэлектриков она отлична от нуля.
Величина ширины запрещённой зоны имеет важное значение при генерации света в светодиодах и полупроводниковых лазерах, поскольку именно она определяет энергию испускаемых фотонов. Для изготовления светодиодов и лазеров используются прямозонные полупроводники. В прямозонных полупроводниках экстремумы зон находятся при одном и том же значении волнового вектора, и генерация света происходит с большей вероятностью. В непрямозонных полупроводниках потолок валентной зоны и дно зоны проводимости разнесены в пространстве волновых векторов, для выполнения закона сохранения импульса нужно ещё испустить фонон с большим квазиимпульсом, и поэтому вероятность излучательной рекомбинации существенно ниже.
Ширина запрещённой зоны (минимальная энергия, необходимая для перехода электрона из валентной зоны в зону проводимости) составляет от нескольких сотых до нескольких электрон-вольт для полупроводников и свыше 6 электрон-Вольт для диэлектриков. Полупроводники с шириной запрещённой зоны менее ~0.3 электрон-Вольт называют узкозонными полупроводниками, а полупроводники с шириной запрещённой зоны более ~3 электрон-Вольт - широкозонными полупроводниками.