半导体材料的带隙一般在1-3 eV之间,典型代表如硅(Si)的带隙为1.11 eV。带隙大小直接影响半导体的导电性和光电性能,是半导体器件的核心参数之一。
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带隙的定义与作用
带隙是价带顶到导带底的能量差,决定电子跃迁的难易程度。带隙较小时(如1-2 eV),电子易受热或光激发跃迁,表现为导电性增强;带隙过大则接近绝缘体特性。 -
常见半导体的带隙范围
- 硅(Si):1.11 eV(间接带隙)
- 砷化镓(GaAs):1.43 eV(直接带隙)
- 碳化硅(SiC):2.3-3.3 eV(宽禁带半导体)
不同材料因带隙差异适用于不同场景,如硅用于集成电路,GaAs用于高频器件。
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温度与带隙的关系
温度升高时,带隙略微变窄(如硅每升温1℃,带隙减少约0.0003 eV),导致导电性增强。这一特性被广泛应用于温度传感器设计。 -
测量方法
通过紫外可见漫反射光谱(截线法)或Tauc plot法计算带隙,前者适用于快速估算,后者可区分直接/间接带隙类型。
半导体带隙的精准调控是现代电子技术的基础,从芯片到太阳能电池均依赖这一关键参数。