E1 Estrutura da banda

Tópico

A relação de dispersão entre a energia e o momento de um elétron neste material semicondutor, próximo às extremidades de suas bandas de energia, segue uma dispersão parabólica que descreve tanto a banda de condução quanto a banda de valência próximas às suas respectivas extremidades. Em torno de cada uma dessas extremidades, a energia do elétron varia quadraticamente com seu momento, de forma análoga à energia cinética de uma partícula livre, embora com uma massa efetiva específica para este material semicondutor que substitui a massa real do elétron nessa relação. Essa massa efetiva menor resulta em uma maior curvatura da dispersão parabólica e faz com que a energia varie mais rapidamente com o momento próximo a essas bordas de banda.

A separação de energia entre a extremidade inferior da banda de condução e a extremidade superior da banda de valência define o gap de energia deste material semicondutor, o mesmo gap de energia que outro modelo neste conjunto determina usando o modelo de Tauc com base em seu coeficiente de absorção próximo à borda da banda. Quanto maior a separação de energia entre essas duas extremidades, maior esse gap de energia. À medida que as duas extremidades se aproximam, esse gap de energia diminui consequentemente. A magnitude dessa separação entre as bandas, por sua vez, determina uma propriedade fundamental do comportamento eletrônico desse material. Um gap de banda amplo corresponde ao comportamento de um isolante, enquanto um gap de banda mais estreito permite o comportamento de um semicondutor. Quando não há região de energia proibida e bandas parcialmente ocupadas ou sobrepostas aparecem, o material exibe comportamento metálico. Essa estrutura de bandas não é fixa, pois a temperatura do material modifica seu gap de banda de acordo com a relação de Varshni: à medida que a temperatura aumenta, esse gap de banda diminui em comparação com seu valor a zero Kelvin.

Uma vez determinada sua magnitude e considerada sua dependência da temperatura, esse gap de banda constitui um parâmetro de entrada para a concentração intrínseca de portadores de carga, que outro modelo neste conjunto descreve com mais detalhes. Portanto, qualquer modificação do gap de banda produzida pela temperatura ou pela composição desse material semicondutor se propaga diretamente para essa concentração intrínseca de portadores de carga.

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