Hvad er en direkte halvleder?

Der er to hovedtyper af halvledere, som ingeniører kan vælge fra: en direkte halvleder og en indirekte en. Begge arbejder på forskellige måder med lednings- og valensbåndene, som er vigtige i elektrisk energi, men begge forsøger også at finde den minimale forskel mellem de to bånd. En direkte halvleder anvendes, når valens- og ledningsbåndene har det samme momentum. Denne halvleder er vigtig ved strålende rekombination, hvori en elektron hopper fra det ene bånd til det andet.

I energividenskaben arbejder en direkte halvleder med to bånd. Det nedre bånd kaldes valancebåndet. Dette repræsenterer den minimale mængde energi, en elektron har, fordi elektronet stadig er bundet til et atom; disse elektroner har meget lidt momentum. Det højeste af båndene er ledningsbåndet. Dette sker, når elektronet frigøres fra et atom og frit kan bevæge sig rundt i et atomgitter og producerer energi.

En direkte halvleder anvendes til at afbøde energi fra et bånd til et andet. For at gøre processen med at bevæge elektronerne lettere finder halvlederen den korteste vej eller stien med den laveste mængde energi for en elektron at dele sig fra valensbåndet og hoppe ind i ledningsbåndet. Den letteste sti mellem de to er, når ledningsbåndet falder ned og valensbåndet kommer op, hvilket skaber et lille mellemrum mellem de to energibånd.

Den direkte halvleder kan kun bruges, hvis begge bånd udfører denne bevægelse på samme tid. Dette betyder, at begge bånd skal have den samme elektronmoment. Dette er mest almindeligt i elektronik og enheder med lav effekt, fordi der ikke kræves meget fart, og båndene kan ofte bevæge sig synkroniseret.

For at den direkte halvleder kan fungere, skal en elektron komme op fra valensbåndet. Dette får det til at rippe et hul gennem valensbåndet, og den resulterende energi bliver en foton. Samtidig falder ledningsbåndet ned for at acceptere energien, fordi det bevæger sig fra valensbåndet og gennem halvlederen.

En indirekte halvleder ligner en direkte, men forskellen findes i, hvordan de to bånd bevæger sig. I dette skema bevæger valens- og ledningsbånd sig separat, så valensen vil komme op på et tidspunkt, mens ledningen vil falde ned senere. Den indirekte halvleder leder ladningen fra valensbåndet, holder den og venter på, at ledningsbåndet falder for at afsætte energien.