E1 Structure de la bande

Topique

La relation de dispersion entre l'énergie et l'impulsion d'un électron dans ce matériau semi-conducteur, au voisinage des extrémités de ses bandes d'énergie, suit une loi parabolique qui décrit à la fois les bandes de conduction et de valence près de leurs extrémités respectives. Autour de chacune de ces extrémités, l'énergie de l'électron varie quadratiquement avec son impulsion, de façon analogue à l'énergie cinétique d'une particule libre, à ceci près qu'une masse effective spécifique à ce matériau semi-conducteur remplace la masse réelle de l'électron dans cette relation. Cette masse effective plus faible induit une courbure plus prononcée de la dispersion parabolique et provoque une variation plus rapide de l'énergie avec l'impulsion près de ces bords de bande.

L'écart énergétique entre l'extrémité inférieure de la bande de conduction et l'extrémité supérieure de la bande de valence définit la bande interdite de ce matériau semi-conducteur, la même bande interdite qu'un autre modèle de cet ensemble détermine à l'aide du modèle de Tauc, basé sur son coefficient d'absorption au voisinage du bord de bande. Plus l'écart énergétique entre ces deux extrémités est grand, plus la bande interdite est large. À mesure que les deux extrémités se rapprochent, la bande interdite diminue.

L'amplitude de cette séparation entre les bandes détermine une propriété fondamentale du comportement électronique de ce matériau. Une large bande interdite correspond au comportement d'un isolant, tandis qu'une bande interdite plus étroite permet un comportement de semi-conducteur. En l'absence de région d'énergie interdite et en présence de bandes partiellement occupées ou se chevauchant, le matériau présente un comportement métallique. Cette structure de bandes n'est pas fixe, car la température du matériau modifie sa bande interdite selon la relation de Varshni : lorsque la température augmente, cette bande interdite diminue par rapport à sa valeur à température nulle.

Une fois son amplitude déterminée et sa dépendance à la température prise en compte, cette bande interdite constitue un paramètre d'entrée pour la concentration intrinsèque de porteurs de charge, décrite plus en détail par un autre modèle de cet ensemble. Par conséquent, toute modification de la bande interdite induite par la température ou la composition de ce matériau semi-conducteur se répercute directement sur cette concentration intrinsèque de porteurs de charge.

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