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Die Bandstruktur beschreibt die geladenen Einzelteilchenzustände (d.h. Elektronen oder Löcher). Da Zinkoxid ein Halbleiter mit direktem Bandabstand ist, d.h. er weist sphärische Extremwerte auf, liegen der Maximum des Valenzbands und das Minimum des Leitungsbandes (VB und CB) im Brillouin-Bereich am selben Punkt – nämlich am Г-Punkt bei K = 0. Genau dieser Bereich interessiert uns in erster Linie. Wie bereits erwähnt, besteht der niedrigste Leitband aus den leeren 4s-Orbitalen des Zn2+ oder aus den antibindenden sp3-Hybridisierungsorbitalen. Die Kompatibilitätsmatrix der Gruppentheorie sowie die darin enthaltenen Referenzen zeigen uns, dass es am Grund des Leitbands eine Г1-Symmetrie ohne Berücksichtigung des Spins sowie eine Г1×Г7=Г7-Symmetrie mit Berücksichtigung des Spins gibt. Die effektive Elektronenmasse – genauer gesagt der Polaron – ist nahezu isotrop, wobei ihr Wert etwa (0,28 ± 0,02) m0 beträgt. Wenn man den Spin außer Acht lässt, dann werden die Valenzbänder, die aus von O2- besetzten 2p-Orbitalen oder gebundenen SP3-Hybridorbitalen entstehen, unter dem Einfluss des hexagonalen Kristallfeldes in zwei Zustände aufgeteilt: Г5 und Г1. Wenn man den Spin berücksichtigt, dann teilen sich die Energiebänder aufgrund der Spin-Orbit-Kopplung weiter in drei symmetrische Subbanden zweiter Ordnung auf: (Г1+Г5)×Г7=Г7+Г9+Г7. Diese Energieschichten werden in allen Halbleitern mit Wurtzitstruktur (wie ZnS, CdS, CdSe oder GaN) von hoher zu niedriger Energie als Energieschichten A, B und C bezeichnet. In den überwiegenden Fällen ist die Bandordnung AГ9, BГ7, C7, und die Spin-Orbit-Trennung ist größer als die Kristallfeld-Trennung. Es gibt jedoch seit langem Debatten bezüglich von ZNO darüber, ob die Reihenfolge der Valenzbänder normal ist, oder ob es sich um die sogenannte Reihenfolge AГ7, BГ9, CГ7 mit „negativem Spin-Orbit-Kopplungseffekt“ handelt – oder um eine umgekehrte Reihenfolge der Valenzbänder. Tatsächlich ist die Spin-Orbit-Kopplung immer positiv. Doch da die Kernladungszahl des Sauerstoffs gering ist, können aus den Daten zu Sulfiden, Seleniden und Telluriden mit hexagonaler sowie kubischer IIb-Struktur Werte für Oxide abgeleitet werden – etwa 15 MeV. Die Abstoßung zwischen diesem Energieniveau (2P von Sauerstoff) und dem voll besetzten 4D-Energieniveau von Zink kann dazu führen, dass ein Г7-Energieniveau über dem Г9-Energieniveau liegt. Dadurch entsteht eine umgekehrte Reihenfolge der Valenzbänder – ein Phänomen, das auch in den Halbleitern der Gruppen Ib–VII wie CuCl auftritt. Da die Trennung der Valenzbande A und B nur im Bereich von 5 Millielectronenvolt liegt und die Auswahlregeln im Grunde gleich sind (die Übertragung von den beiden oberen Valenzbändern AГ9 und BГ7 in das Leitband Г7 erfolgt durch Dipole, während ein Spinflip nur in Form von EC möglich ist; aus dem Valenzband CГ7 kann ebenfalls nur EC entstehen), ist eine Diskussion über die Symmetrie der Valenzbande A und B überflüssig. Aber solche Arten von Problemen neigen dazu, eine sehr lange Diskussionszeit in Anspruch zu nehmen. Die verschiedenen in jüngerer Zeit in der Literatur vorgeschlagenen detaillierten Erklärungen zur Unterstützung der normalen Valenzbandreihenfolge in ZnO konnten nicht bestätigt werden. In Anhang A haben wir einige Argumente und Literaturstellen für und gegen die Umkehrung der Bandordnung sowie Literatur zu Berechnungen der Bandstruktur zusammengefasst. Daher verwenden wir die folgende umgekehrte Reihenfolge AГ7, BГ9, CГ7. Die effektive Hohlraummasse im Zinkoxid ist in allen Richtungen gleich. Die charakteristischen Werte der Energiebänder A, B und C sind wie folgt. Einige Berechnungen zur Bandstruktur (siehe Anhang A) deuten darauf hin, dass die Energiebänder eine starke Massenanisotropie aufweisen – ähnlich wie bei CdS. Doch die in der Literatur veröffentlichten experimentellen Daten deuten nicht darauf hin, dass ZnO eine solche Anisotropie aufweist. Die G7-symmetrischen Energiebänder weisen möglicherweise einen kleinen k-linearen Term auf. In dem in Abbildung 7 dargestellten A-Energieband gilt jedoch nur k⊥c. Für den Leitungsband-Effekt kann man dies vernachlässigen. Quelle des Artikels: http://www.jszfxy.cn/news/show-212.html