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ⓘ Banda proibita indiretta



                                     

ⓘ Banda proibita indiretta

Nella fisica dei semiconduttori, una banda proibita indiretta, detta anche bandgap indiretta, è una banda proibita nella quale lenergia minima nella banda di conduzione è spostata di un vettore k relativo alla banda di valenza. Il vettore-k differenza rappresenta una differenza di quantità di moto.

I semiconduttori che posseggono una banda proibita indiretta sono inefficienti nellemissione di luce. Ciò perché ogni elettrone presente nella banda di conduzione si assesta velocemente allenergia minima di quella banda. Questi ultimi richiedono una minima fonte di momento che gli permetta di superare la soglia e di cadere nella banda di valenza. I fotoni posseggono poco momento in confronto a questo livello di energia. Il "calcio" di momento di un fotone emesso o assorbito è trascurabile le transizioni dirette sono per la maggior parte verticali nello spazio k.

Dato che lelettrone non può riguadagnare la banda di valenza per ricombinazione radiante, gli elettroni della banda di conduzione resistono molto tempo prima di ricombinarsi in modi meno efficienti. Il silicio è un semiconduttore a banda proibita indiretta, perciò non è generalmente utile nei diodi LED o diodi laser.

Comunque, nel silicio, le ricombinazioni indirette non radiative possono avvenire in difetti puntuali o in irregolarità ai bordi superficiali. Se agli elettroni eccitati è impedito il raggiungimento di questi siti di ricombinazione, essi non hanno altre possibilità che ricadere nella banda di valenza attraverso un processo radiativo. Questo può essere realizzato creando un circolo di dislocazione nel silicio. Al bordo di questo circolo, i piani al di sopra e al di sotto del "disco di dislocazione" sono tirati allesterno, creando una pressione negativa, che innalza lenergia della banda di conduzione in modo sostanziale, facendo in modo che gli elettroni non possano superare questo bordo. A patto che larea direttamente sopra il disco di dislocazione sia privo di difetti inibendo così le ricombinazioni non-radiative, gli elettroni ricadranno nel guscio di riposo mediante ricombinazioni radiative, ossia emettendo luce. Questo principio è la base per la realizzazione dei DELED Dislocation - Engineered LED.

Allo stesso modo lassorbimento della luce ad una gap indiretta è molto più debole che ad una diretta. Poiché nel processo di emissione devono valere entrambe le leggi di conservazione dellenergia e del momento, lunico modo per promuovere un elettrone dal massimo della banda di valenza al minimo della banda di conduzione è di emettere o assorbire simultaneamente un fonone che compensi il momento mancante: questa transizione combinata del secondo ordine ha una probabilità molto minore.

Lassorbimento colore di un materiale a gap indiretta di solito dipende dalla temperatura più che per un materiale a gap diretta, perché a basse temperature per esempio 4 K i fononi non sono disponibili per un processo combinato vibronico. Per esempio il silicio comincia a trasmettere luce rossa a queste temperature, perché i fotoni rossi non hanno energia sufficiente per un processo diretto.

In alcuni materiali con banda proibita indiretta il valore della banda proibita è negativo, perciò il massimo della banda di valenza è più alta del minimo della banda di conduzione. Tali materiali sono conosciuti come semimetalli.

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