Was ist ein Direkthalbleiter?
Es gibt zwei Haupttypen von Halbleitern, aus denen Ingenieure wählen können: einen direkten und einen indirekten. Beide arbeiten auf unterschiedliche Weise mit den Leitungs- und Valenzbändern, die für die elektrische Energie wichtig sind, aber beide versuchen auch, den minimalen Unterschied zwischen den beiden Bändern zu finden. Ein direkter Halbleiter wird verwendet, wenn das Valenzband und das Leitungsband den gleichen Impuls haben. Dieser Halbleiter ist wichtig für die Strahlungsrekombination, bei der ein Elektron von einem Band zum anderen springt.
In der Energiewissenschaft arbeitet ein direkter Halbleiter mit zwei Bändern. Das untere Band ist als Valenzband bekannt. Dies stellt die minimale Energiemenge dar, die ein Elektron hat, weil das Elektron immer noch an ein Atom gebunden ist. Diese Elektronen haben sehr wenig Schwung. Das höhere der Bänder ist das Leitungsband. Dies geschieht, wenn das Elektron von einem Atom befreit ist und sich frei in einem Atomgitter bewegen kann, wodurch Energie erzeugt wird.
Ein direkter Halbleiter wird verwendet, um die Energie von einem Band zum anderen zu verringern. Um das Bewegen der Elektronen zu erleichtern, findet der Halbleiter den kürzesten Weg oder den Weg mit der geringsten Energiemenge, auf dem sich ein Elektron vom Valenzband trennt und in das Leitungsband springt. Der einfachste Weg zwischen den beiden ist, wenn das Leitungsband abfällt und das Valenzband ansteigt, wodurch eine kleine Lücke zwischen den beiden Energiebändern entsteht.
Der direkte Halbleiter kann nur verwendet werden, wenn beide Bänder diese Bewegung gleichzeitig ausführen. Dies bedeutet, dass beide Bänder den gleichen Elektronenimpuls haben müssen. Dies ist vor allem bei Elektronik und Geräten mit geringem Stromverbrauch üblich, da nicht viel Schwung benötigt wird und die Bänder sich normalerweise synchron bewegen können.
Damit der direkte Halbleiter funktioniert, muss ein Elektron aus dem Valenzband aufsteigen. Dies führt dazu, dass es ein Loch durch das Valenzband reißt und die resultierende Energie zu einem Photon wird. Gleichzeitig fällt das Leitungsband ab, um die Energie aufzunehmen, da es sich vom Valenzband durch den Halbleiter bewegt.
Ein indirekter Halbleiter ähnelt einem direkten, der Unterschied besteht jedoch darin, wie sich die beiden Bänder bewegen. In diesem Schema bewegen sich die Valenz- und Leitungsbänder getrennt voneinander, sodass die Valenz an einem Punkt ansteigt und die Leitung später abnimmt. Der indirekte Halbleiter nimmt die Ladung aus dem Valenzband auf, hält sie und wartet, bis das Leitungsband abfällt, um die Energie abzulagern.