Wat is een directe halfgeleider?
Er zijn twee hoofdtypen halfgeleiders waaruit ingenieurs kunnen kiezen: een directe halfgeleider en een indirecte. Beide werken op verschillende manieren met de geleidings- en valentiebanden, die belangrijk zijn in elektrische energie, maar beide proberen ook het minimale verschil tussen de twee banden te vinden. Een directe halfgeleider wordt gebruikt wanneer de valentie- en geleidingsbanden hetzelfde momentum hebben. Deze halfgeleider is belangrijk bij stralingsrecombinatie, waarbij een elektron van de ene band naar de andere springt.
In de wetenschap van energie werkt een directe halfgeleider met twee banden. De onderste band staat bekend als de volanteband. Dit vertegenwoordigt de minimale hoeveelheid energie die een elektron heeft, omdat het elektron nog steeds aan een atoom is gebonden; deze elektronen hebben heel weinig momentum. De hoogste van de banden is de geleidingsband. Dit gebeurt wanneer het elektron van een atoom wordt bevrijd en zich vrij in een atoomrooster kan verplaatsen en energie kan produceren.
Een directe halfgeleider wordt gebruikt om energie van de ene band naar de andere te verzachten. Om het proces van het verplaatsen van de elektronen te vergemakkelijken, vindt de halfgeleider de kortste weg, of het pad met de laagste hoeveelheid energie, voor één elektron om zich te scheiden van de valentieband en in de geleidingsband te springen. Het gemakkelijkste pad tussen de twee is wanneer de geleidingsband naar beneden valt en de valentieband omhoog komt, waardoor een kleine opening tussen de twee energiebanden ontstaat.
De directe halfgeleider kan alleen worden gebruikt als beide banden deze beweging tegelijkertijd uitvoeren. Dit betekent dat beide banden hetzelfde elektronenmomentum moeten hebben. Dit is meestal gebruikelijk in low-power elektronica en apparaten, omdat er niet veel momentum nodig is en de banden vaak synchroon kunnen bewegen.
Om de directe halfgeleider te laten werken, moet een elektron uit de valentieband komen. Hierdoor scheurt het een gat door de valentieband en wordt de resulterende energie een foton. Tegelijkertijd valt de geleidingsband naar beneden om de energie te accepteren, omdat deze van de valentieband en door de halfgeleider beweegt.
Een indirecte halfgeleider is vergelijkbaar met een directe, maar het verschil wordt gevonden in hoe de twee banden bewegen. In dit schema bewegen de valentie- en geleidingsbanden afzonderlijk, zodat de valentie op een bepaald moment omhoog komt, terwijl de geleiding later naar beneden komt. De indirecte halfgeleider neemt de lading van de valentieband, houdt deze vast en wacht tot de geleidingsband valt om de energie af te zetten.