Thread Content
Структура зон описывает заряженные состояния одной частицы (то есть электронов или дырок). Поскольку оксид цинка является полупроводником с прямым зазором, у него имеются сферические точки экстремумов: максимум вvalентной зоны и минимум введущей зоны (VB и CB) совпадают в Бриллюановой области в точке Г при K = 0. Именно эта область нас особенно интересует. Как уже упоминалось, самая нижняя зона проводимости образуется за счёт пустого 4s-состояния ионов Zn2+ или антисвязывающих sp3-гибридных состояний. Таблица совместимости теории групп и приведенные в ней ссылки показывают, что у нижней границы ведущей зоны существует симметрия Г1 без учета спина и симметрия Г1×Г7=Г7 с учетом спина. Эффективная масса электрона (а точнее, поларона) практически изотропна, её значение составляет примерно (0,28 ± 0,02) m0. Если не учитывать спин, то зона ценностей, происходящая из занятых орбиталей 2p или связанных гибридных орбиталей SP3, под действием шестиугольного кристаллического поля разделяется на два состояния: Г5 и Г1. С учетом спина, из-за спин-орбитального взаимодействия зона энергий далее делится на три симметричные субзоны второго порядка дегенерации: (Г1+Г5)×Г7=Г7+Г9+Г7. Эти зоны энергии во всех полупроводниках с структурой цинтита (таких как ZnS, CdS, CdSe или GaN) обозначаются как зоны A, B и C в порядке убывания энергии. В подавляющем большинстве случаев порядок зон составляет AГ9, BГ7, C7, причем разделение из-за спин-орбитального взаимодействия великоее, чем разделение, обусловленное кристаллическим полем. Однако существуют долгосрочные споры относительно ZNO: является ли порядок заполнения зон энергии обычным, или же имеет место так называемый порядок AГ7, BГ9, CГ7, связанный с «отрицательной спин-орбитальной связью», либо же порядок заполнения зон энергии обратным. На самом деле, спин-орбитальное взаимодействие всегда положительно. Однако из-за небольшого числа ядерных зарядов кислорода, на основе данных о сульфидах, селенидах и теллуридах с гексагональной и кубической IIb-структурами можно сделать вывод, что для оксидов этот показатель составляет примерно 15 мэВ. Отталкивание между этим уровнем (2P кислорода) и полностью занятым уровнем 4D цинка может легко привести к тому, что уровень Г7 окажется выше уровня Г9, в результате чего происходит инверсия порядка заполнения диапазона цензов. Подобное явление наблюдается также в полупроводниках групп Ib–VII, таких как CuCl. Поскольку разница между зонами энергии A и B составляет всего около 5 миллиэлектронвольт, а правила выбора практически одинаковы (переход из двух верхних зон AГ9 и BГ7 в зону Г7 происходит посредством диполя, тогда как смена спина может происходить только в формате EC; из зоны CГ7 также возможен переход только в формате EC), обсуждение симметрии зон энергии A и B является излишним. Но такие типы вопросов часто требуют очень длительного обсуждения. Различные подробные обсуждения, предложенные недавно в литературе в поддержку нормального порядка цензовых зон в ZnO, не были подтверждены. В приложении А мы обобщили некоторые аргументы и литературу в пользу и против инверсного порядка зон энергии, а также литературу по расчету структуры зон. Поэтому мы используем следующий обратный порядок AГ7, BГ9, CГ7. Масса эффективных дырок в оксиде цинка одинакова во всех направлениях. Характеристические значения для зон энергии A, B и C таковы: некоторые расчеты структуры зон энергии (см. приложение А) показывают, что у этих зон существует значительная анизотропия массы, как это имеет место в случае CdS. Однако экспериментальные данные, приведенные в литературе, не указывают на наличие подобной анизотропии у ZnO. У симметричных по G7 зон энергии может быть небольшой k-линейный член, но в зоне энергии A, показанной на рисунке 7, имеется только k⊥c. Для ведущей зоны этот эффект можно игнорировать. Источник статьи: http://www.jszfxy.cn/news/show-212.html