能隙
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能隙(Bandgap、energy gap)或譯作能帶隙,在固態物理學中泛指半導體或是絕緣體的價帶(valence band)頂端至傳導帶(conduction band)底端的能量差距。
對一個本徵半導體(intrinsic semiconductor)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,跨過能隙並躍遷至傳導帶。利用費米-狄拉克統計(Fermi-Dirac Statistics)可以得到電子佔據某個能階(energy state)E0的機率。又假設E0 > > EF,EF是所謂的費米能階(Fermi level),電子佔據E0的機率可以利用波茲曼近似簡化為:
在上式中,Eg是能隙的寬度、k是波茲曼常數(Boltzmann's Constant),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,如異質接面雙載子電晶體(Heterojunction Bipolar Transistor, HBT)、雷射二極體,或是太陽能電池上已經成為主流。