Hva er en direkte halvleder?

Det er to hovedtyper av halvledere som ingeniører kan velge mellom: en direkte halvleder og en indirekte en. Begge jobber på forskjellige måter med lednings- og valensbånd, som er viktige i elektrisk energi, men begge prøver også å finne den minimale forskjellen mellom de to båndene. En direkte halvleder brukes når valens- og ledningsbånd har samme momentum. Denne halvlederen er viktig i strålende rekombinasjon, der et elektron hopper fra det ene båndet til det andre.

I energivitenskapen jobber en direkte halvleder med to band. Det nedre båndet er kjent som valancebandet. Dette representerer den minimale mengden energi et elektron har, fordi elektronet fremdeles er bundet til et atom; disse elektronene har veldig lite fart. Det høyeste av bandene er ledningsbåndet. Dette skjer når elektronet frigjøres fra et atom og fritt kan bevege seg rundt i et atomgitter og produsere energi.

En direkte halvleder brukes til å dempe energi fra et bånd til et annet. For å gjøre prosessen med å flytte elektronene enklere, finner halvlederen den korteste veien, eller banen med den laveste energimengden, for ett elektron å dele seg fra valensbåndet og hoppe inn i ledningsbåndet. Den enkleste veien mellom de to er når ledningsbåndet synker ned og valensbåndet kommer opp, og skaper et lite gap mellom de to energibåndene.

Direkte halvleder kan bare brukes hvis begge band utfører denne bevegelsen samtidig. Dette betyr at begge båndene må ha samme elektronmoment. Dette er vanlig hovedsakelig i elektronikk og enheter med lite strøm, fordi det ikke er mye momentum som kreves, og bandene kan ofte bevege seg i synk.

For at den direkte halvlederen skal fungere, må et elektron komme opp fra valensbåndet. Dette får den til å rive et hull gjennom valensbåndet, og den resulterende energien blir et foton. Samtidig faller ledningsbåndet ned for å ta imot energien, fordi det beveger seg fra valensbåndet og gjennom halvlederen.

En indirekte halvleder ligner en direkte, men forskjellen er hvordan de to bandene beveger seg. I dette skjemaet beveger valens- og ledningsbånd seg hver for seg, så valensen vil komme opp på et punkt, mens ledningen vil komme ned senere. Den indirekte halvlederen tar ladningen fra valensbåndet, holder den og venter på at ledningsbåndet skal falle for å avsette energien.