จากพื้นฐานของสังกะสีออกไซด์สู่การนำไปใช้งาน

Thread Content

โครงสร้างแบนด์อธิบายถึงสถานะของอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้า (กล่าวคือ อิเล็กตรอนหรือโฮล) เนื่องจากสังกะสีออกไซด์เป็นสารกึ่งตัวนำที่มีช่องว่างพลังงานแบบตรง กล่าวคือมีจุดสูงสุดในรูปทรงกลม โดยจุดสูงสุดของบันด์ระดับพลังงานกลางและจุดต่ำสุดของบันด์ระดับพลังงานนำ (VB และ CB) จะอยู่ที่จุดเดียวกันในพื้นที่บริลลอยน์ นั่นคือที่จุด K = 0 ดังนั้นเราจึงสนใจพื้นที่นี้เป็นพิเศษ ดังที่ได้กล่าวไปแล้ว แถบนำพลังงานต่ำสุดนั้นเกิดจากสถานะ 4s ที่ว่างเปล่าของไอออน Zn2+ หรือสถานะการผสม sp3 ที่มีลักษณะตรงข้ามกับพันธะ. ตารางความสอดคล้องของทฤษฎีกลุ่ม รวมถึงเอกสารอ้างอิงต่างๆ บ่งชี้ให้เราทราบว่า ที่ก้นแถบนำมีความสมมาตรแบบ Г1 เมื่อไม่คำนึงถึงสปิน และมีความสมมาตรแบบ Г1×Г7=Г7 เมื่อคำนึงถึงสปินด้วย มวลของอิเล็กตรอนที่มีประสิทธิภาพ (หรือพูดให้ถูกต้องกว่าคือโพลารอน) นั้นมีคุณสมบัติแบบไอโซโทรปิกเกือบทั้งหมด โดยมีค่าประมาณ (0.28 ± 0.02) m0 หากไม่นำสปินมาพิจารณา แถบพลังงานของอิเล็กตรอนที่มาจากออร์บิทัล 2p ที่ถูกยึดครองโดย O2- หรือออร์บิทัลผสม SP3 จะถูกแบ่งออกเป็นสองสถานะ ได้แก่ Г5 และ Г1 ภายใต้อิทธิพลของสนามคริสตัลแบบหกเหลี่ยม เมื่อคำนึงถึงสปินด้วยแล้ว เนื่องจากการผสมผสานระหว่างสปินกับออร์บิทัล ทำให้แถบพลังงานแบ่งออกเป็นสามแถบย่อยที่มีความสมมาตรกัน โดยมีความสัมพันธ์ดังนี้: (Г1+Г5)×Г7=Г7+Г9+Г7 แถบพลังงานเหล่านี้ในสารกึ่งตัวนำที่มีโครงสร้างไซนไทต์ทั้งหมด (เช่น ZnS, CdS, CdSe หรือ GaN) จะถูกแบ่งออกเป็นแถบพลังงาน A, B และ C ตามลำดับจากพลังงานสูงไปยังพลังงานต่ำ ในกรณีส่วนใหญ่ ลำดับของบันด์จะเป็น AГ9, BГ7, C7 และค่าการแยกตัวของสปิน-ออร์บิทัลจะมากกว่าค่าการแยกตัวในสนามผลึกอีกด้วย อย่างไรก็ตาม ยังมีการถกเถียงกันมาอย่างยาวนานเกี่ยวกับ ZNO ว่าลำดับของแถบพลังงานนั้นเป็นไปตามลำดับปกติ หรือเป็นลำดับ AГ7, BГ9, CГ7 ซึ่งเกิดจากปรากฏการณ์ “การผสานกันของออร์บิทัลสปินลบ” กันแน่ หรือจะเป็นลำดับแถบพลังงานที่กลับกันก็ได้ อันที่จริงแล้ว ค่าของการผสมกันระหว่างสปินกับออร์บิทัลนั้นจะเป็นค่าบวกเสมอ แต่เนื่องจากประจุไฟฟ้าของนิวเคลียสของออกซิเจนมีค่าน้อย ดังนั้นจากข้อมูลของสารประเภทซัลไฟด์ ซีเลไนด์ และทัลไลด์ที่มีโครงสร้างแบบหกเหลี่ยมและลูกบาศก์ IIb ก็สามารถนำมาประมาณค่าสำหรับออกไซด์ได้ว่าอยู่ที่ประมาณ 15 meV แรงผลักดันระหว่างระดับพลังงานนี้ (2P ของออกซิเจน) กับระดับพลังงาน 4D ของสังกะสีที่มีอิเล็กตรอนเต็ม อาจทำให้ระดับพลังงาน Г7 มีค่าสูงกว่าระดับพลังงาน Г9 ซึ่งจะส่งผลให้เกิดลำดับของแถบพลังงานที่กลับกัน ปรากฏการณ์นี้ก็เกิดขึ้นเช่นกันในสารกึ่งตัวนำในกลุ่ม Ib-VII อย่าง CuCl เนื่องจากความแตกต่างระหว่างบันด์พลังงานของ A และ B มีค่าเพียงประมาณ 5 มิลลิอิเล็กตรอนโวลต์เท่านั้น และกฎการเลือกก็คล้ายกันมาก (การเปลี่ยนจากบันด์พลังงาน AГ9 และ BГ7 ไปสู่บันด์พลังงาน Г7 นั้นเป็นการเปลี่ยนแบบไดโพล ส่วนการเปลี่ยนสปินนั้นสามารถเกิดขึ้นได้เฉพาะในรูปแบบ EC เท่านั้น ดังนั้นการพูดถึงความสมมาตรของบันด์พลังงานของ A และ B จึงเป็นเรื่องที่ไม่จำเป็นเลย แต่ปัญหาประเภทนี้มักจะใช้เวลาในการอภิปรายที่ยาวนานมาก การอภิปรายต่างๆ ที่มีอยู่ในเอกสารวิชาการเมื่อเร็วๆ นี้ เกี่ยวกับหลักฐานที่สนับสนุนลำดับของบันด์แก๊สใน ZnO ให้อยู่ในสภาพปกตินั้น ยังไม่ได้รับการยืนยัน ในภาคผนวก A เราได้สรุปข้อโต้แย้งและเอกสารที่สนับสนุนหรือคัดค้านการเปลี่ยนลำดับของบริเวณพลังงาน รวมถึงเอกสารที่เกี่ยวข้องกับการคำนวณโครงสร้างบริเวณพลังงานไว้ด้วย ดังนั้น เราจึงใชลำดับที่กลับกัน นั่นคือ AГ7, BГ9, CГ7. คุณภาพของโฮลที่มีประสิทธิภาพในสารซิงก์ออกไซด์นั้นมีค่าเท่ากันในทุกทิศทาง ส่วนค่าพารามิเตอร์ที่เกี่ยวข้องกับแถบพลังงาน A, B และ C ก็มีลักษณะคล้ายกัน จากการคำนวณโครงสร้างแถบพลังงาน (ดูภาคผนวก A) พบว่าแถบพลังงานเหล่านี้มีคุณภาพที่แตกต่างกันไปในแต่ละทิศทาง ซึ่งก็คล้ายกับสาร CdS แต่จากข้อมูลการทดลองที่มีอยู่ในเอกสารต่างๆ ไม่พบหลักฐานที่บ่งชี้ว่า ZnO มีคุณสมบัติดังกล่าวจริง แถบพลังงานที่มีความสมมาตรแบบ G7 อาจมีส่วนที่เป็นเชิงเส้นกับ k อยู่เล็กน้อย แต่ในแถบพลังงาน A ที่แสดงในรูปที่ 7 นั้น จะมีเพียงค่า k⊥c เท่านั้น. สำหรับผลกระทบในบริเวณแถบนำนั้น สามารถละเลยได้ แหล่งที่มาของบทความ: http://www.jszfxy.cn/news/show-212.html