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能隙

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能隙(band gap 或 energy gap)也譯作能帶隙(energy band gap)、禁带宽度(width of forbidden band),在固態物理學中泛指半導體或是絕緣體價帶頂端至傳導帶底端的能量差距。 對一個本征半导体而言,其導電性與能隙的大小有關,只有獲得足夠能量的電子才能從價帶被激發,跨過能隙並躍遷傳導帶。利用費米-狄拉克統計可以得到電子佔據某個能階 E_0 的機率。又假設 E_0>>E_FE_F 是所謂的費米能階,電子佔據 E_0 的機率可以利用波茲曼近似簡化為:

e^{\left(\frac{-E_g}{kT}\right)}

在上式中,E_g 是能隙的寬度、k波茲曼常數,而 T 則是溫度。 半導體材料的能隙可以利用一些工程手法加以調整,特別是在化合物半導體中,例如控制砷化鎵鋁(AlGaAs)或砷化鎵銦(InGaAs)各種元素間的比例,或是利用如分子束磊晶(Molecular Beam Epitaxy, MBE)成長出多層的磊晶材料。這類半導體材料在高速半導體元件或是光電元件,如异质结双极性晶体管(Heterojunction Bipolar Transistor, HBT)、激光二极管,或是太陽能電池上已經成為主流。

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