Thread Content
La estructura de bandas describe los estados de partículas cargadas (es decir, electrones o huecos). Dado que el óxido de zinc es un semiconductor con banda de energía directa, es decir, que posee puntos extremos en forma de esfera, donde el valor máximo de la banda de valencia y el valor mínimo de la banda de conducción (VB y CB) coinciden en el mismo punto del espacio de Brillouin, es decir, en el punto Г donde K = 0, es precisamente esta región la que nos interesa principalmente. Como se mencionó anteriormente, la banda de conducción más baja está formada por los estados 4s vacíos del Zn2+, o por estados híbridos sp3 antibondantes. La tabla de compatibilidad de la teoría de grupos, así como las referencias que contiene, nos indican que en el fondo de la banda de conducción existe una simetría Г1 cuando no se tiene en cuenta el espín, y una simetría Г1×Г7=Г7 cuando sí se tiene en cuenta el espín. La masa electrónica efectiva (más precisamente, el polarón) es casi isotrópica, y su valor es aproximadamente (0,28 ± 0,02)m0. Si no se tiene en cuenta el espín, la banda de valencia, que proviene de los orbitales 2p ocupados por O2- o de los orbitales híbridos SP3 ligados, se divide en dos estados, Г5 y Г1, bajo la influencia del campo cristalino hexagonal. Al tener en cuenta el espín, debido al acoplamiento espín-orbital, las bandas de energía se dividen aún más en tres subbandas simétricas y degeneradas de segundo orden: (Г1+Г5)×Г7=Г7+Г9+Г7. Estas bandas de energía se denominan bandas A, B y C, y van desde la energía más alta hasta la más baja en todos los semiconductores con estructura zincita (como ZnS, CdS, CdSe o GaN). En la gran mayoría de los casos, el orden de las bandas es AГ9, BГ7, C7. Además, la separación debido a la interacción espín-orbita es mayor que la separación causada por el campo cristalino. Sin embargo, existe un debate de larga data sobre el ZNO: si el orden de las bandas de valencia es el habitual, o bien el orden AG7, BG9, CG7 debido al llamado “acoplamiento de órbitales de espín negativo”, o bien un orden invertido de las bandas de valencia. De hecho, la acoplamiento espín-orbita es siempre positivo. Pero debido al pequeño número de carga nuclear del oxígeno, se puede extrapolar a partir de los datos de los sulfuros, seleniuros y telurios con estructuras hexagonales y cúbicas IIb que el valor para los óxidos es de aproximadamente 15 meV. La repulsión entre este nivel energético (2P del oxígeno) y el nivel 4D del zinc, que está completamente ocupado, puede hacer que el nivel Г7 esté por encima del nivel Г9. Esto provoca un orden invertido de las bandas de valencia; este fenómeno también ocurre en los semiconductores de las familias Ib-VII, como el CuCl. Dado que la separación entre las bandas de energía A y B es de solo unos 5 milielectronvoltios, y que las reglas de selección son más o menos las mismas (la transición desde las bandas de energía AГ9 y BГ7 hacia la banda de conducción Г7 es un dipolo, mientras que el cambio de espín solo puede ser de tipo EC; además, desde la banda de energía CГ7 solo es posible un cambio de espín de tipo EC), discutir la simetría de las bandas de energía A y B es algo exagerado. Pero estos tipos de problemas suelen requerir un tiempo de discusión muy largo. Las diversas discusiones presentadas recientemente en la literatura para respaldar el orden normal de la banda de valencia en el ZnO no han sido confirmadas. En el Apéndice A resumimos algunos de los argumentos y la literatura a favor y en contra del orden inverso de las bandas de energía, así como la literatura sobre los cálculos de la estructura de bandas. Por lo tanto, utilizamos el siguiente orden invertido: AГ7, BГ9, CГ7. La masa efectiva de los huecos en el óxido de zinc es isotrópica. Los valores característicos de las bandas de energía A, B y C son similares. Algunos cálculos relacionados con la estructura de las bandas de energía (ver Apéndice A) predicen que estas bandas presentan una fuerte anisotropía en su masa, al igual que ocurre en el CdS. Sin embargo, los datos experimentales publicados en la literatura no indican que el ZnO tenga dicha anisotropía. Las bandas energéticas simétricas respecto al eje G7 podrían tener un pequeño término lineal en k. Pero en la banda de energía A que se muestra en la Figura 7, solo existe el término k⊥c. Para la banda de conducción, este efecto puede ser ignorado. Fuente del artículo: http://www.jszfxy.cn/news/show-212.html