能隙

✍ dations ◷ 2024-09-20 10:34:25 #固体物理学,半导体

能隙（band gap或energy gap）也译作能带隙（energy band gap）、禁带宽度（width of forbidden band），在固体物理学中泛指半导体或绝缘体的价带顶端至传导带底端的能量差距。

对一个本征半导体而言，其导电性与能隙的大小有关，只有获得足够能量的电子才能从价带被激发，跨过能隙并跃迁至传导带。利用费米-狄拉克统计可以得到电子占据某个能级 $E_{0}$ $E_{0}$ 的概率。又假设 $E_{0}>>E_{F}$ $E_{0}>>E_{F}$ ， $E_{F}$ $E_{F}$ 是所谓的费米能级，电子占据 $E_{0}$ $E_{0}$ 的概率可以利用玻尔兹曼近似简化为：

在上式中， $E_{g}$ $E_{g}$ 是能隙的宽度、 $k {\displaystyle k}$ $k$ 是玻尔兹曼常数，而 $T {\displaystyle T}$ $T$ 则是温度。

半导体材料的能隙可以利用一些工程手法加以调整，特别是在化合物半导体中，例如控制砷化镓铝（AlGaAs）或砷化镓铟（InGaAs）各种元素间的比例，或是利用如分子束外延（Molecular Beam Epitaxy, MBE）成长出多层的外延材料。这类半导体材料在高速半导体元件或是光电元件，如异质结双极性晶体管（Heterojunction Bipolar Transistor, HBT）、激光二极管，或是太阳能电池上已经成为主流。

Direct and indirect band gaps（英语：Direct and indirect band gaps）

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