Thread Content
Enerji bandı yapısı, yüklü tek parçacık durumlarını (yani elektronları veya delikleri) tanımlar. Çinko oksit, küresel ekstrem noktalara sahip olan doğrudan band aralıklı bir yarı iletken olduğundan, enerji bandlarındaki valans bandının maksimumu ve taşıyıcı bandının minimumu (VB ve CB), Brillouin bölgesinde aynı noktada, yani K = 0 olan Г noktasında yer alır; bu nedenle özellikle bu bölgeyle ilgileniyoruz. Yukarıda belirtildiği gibi, en düşük taşıyıcı bandı, Zn2+’ın boş 4s durumu veya anti-bağlayıcı sp3 hibrit durumundan oluşur. Grup teorisinin uyumluluk tablosu ve içindeki referanslar, valans bandı tabanında spin dikkate alınmadığında Г1 simetrisi ve spin dikkate alındığında Г1×Г7=Г7 simetrisinin bulunduğunu göstermektedir. Etkili elektron kütlesi (daha doğrusu polaron), neredeyse izotropiktir ve değeri yaklaşık olarak (0,28 ± 0,02) m0’dur. O2- tarafından doldurulmuş 2p orbitalerinden veya bağlı SP3 hibrit orbitalerinden kaynaklanan değerlik bandı, spin göz ardı edildiğinde, heksagonal kristal alanının etkisi altında Г5 ve Г1 olmak üzere iki farklı duruma ayrılır. Spin göz önüne alındığında, spin-orbit kuvvetleri nedeniyle enerji bandı, üç adet ikinci dereceden bozulmuş simetrik alt enerji bandına ayrılır: (Г1+Г5)×Г7=Г7+Г9+Г7. Bu enerji bandları, tüm wurtzit yapılı yarı iletkenlerde (örneğin ZnS, CdS, CdSe veya GaN) yüksek enerjiden düşük enerjiye doğru A, B, C enerji bandları olarak adlandırılır. Çoğu durumda, enerji bandı sıralaması AГ9, BГ7, C7 şeklindedir ve spin-orbit bölünmesi kristal alan bölünmesinden daha büyüktür. Ancak ZNO ile ilgili, enerji bandlarının sırasının normal olup olmadığı, sözde “negatif spin orbital koppülasyonu”na sahip AГ7, BГ9, CГ7 sırası mı yoksa tersine dönmüş bir enerji bandı sırası mı olduğu konusunda uzun süredir tartışmalar devam etmektedir. Aslında, spin-orbit kuvveti her zaman pozitiftir. Ancak oksijenin nükleer yük sayısı düşük olduğundan, altıgen ve kübik IIb yapılarındaki sülfürler, selenürler ve telürlerden elde edilen verilerden yola çıkılarak oksitler için bu değer yaklaşık 15 meV olarak tahmin edilebilir. Bu enerji seviyesi (oksijenin 2P’si) ile tamamen doldurulmuş durumdaki çinkonun 4D enerji seviyesi arasındaki itme kuvveti, bir Г7 enerji seviyesinin Г9 seviyesinden daha yüksek olmasına neden olabilir ve bu da tersine dönmüş bir değerlik bandı sırasına yol açar; bu fenomen Ib-VII grubu yarı iletkenleri olan CuCl’de de görülür. A ve B değerlik bandlarının ayrılması sadece 5 milivolt seviyesindedir ve seçim kuralları da temelde aynıdır (iki üstteki AГ9 ve BГ7 değerlik bandlarından Г7 iletim bandına geçiş dipol şeklindedir; spin flip ise yalnızca EC olabilir; CГ7 değerlik bandından ise yalnızca EC çıkışı mümkündür). Bu nedenle A ve B değerlik bandlarının simetrisi konusundaki tartışmalar abartılıdır. Ancak bu tür sorunlar genellikle çok uzun bir tartışma süresine sahip olma eğilimindedir. Son zamanlarda literatürde ZnO’daki normal değer bandı sırasını destekleyen çeşitli ayrıntılı tartışmalar doğrulanmamıştır. Ek A’da, ters band sıralamasını destekleyen ve karşı çıkan tartışmalar ve literatür ile band yapısı hesaplamalarına ilişkin literatürü özetledik. Bu nedenle, aşağıdaki ters sırayı kullanıyoruz: AГ7, BГ9, CГ7. Zinc oksitte etkin delik kütlesi her yönde aynıdır; A, B ve C değer bandlarının benzer özellik değerleri şu şekildedir. Bazı enerji bandı yapısı hesaplamaları (Ek A’ya bakınız), tıpkı CdS’de olduğu gibi değer bandlarında güçlü bir kütle anizotropisi olacağını öngörmektedir; ancak literatürde yer alan deneysel veriler, ZnO’nun böyle bir anizotropiye sahip olduğunu göstermemektedir. G7 simetrisine sahip enerji bandlarında küçük bir k-lineer terim olabilir, ancak Şekil 7’de gösterilen A değerlik bandında yalnızca k⊥c vardır. Bu etki, taşıyıcı bandı için ihmal edilebilir. Makale kaynağı: http://www.jszfxy.cn/news/show-212.html