Thread Content
Cấu trúc môi trường năng lượng mô tả các trạng thái của các hạt mang điện (tức là electron hoặc lỗ trống). Vì oxit kẽm là một loại chất bán dẫn có khe năng lượng trực tiếp, tức là có các điểm cực trị hình cầu; giá trị cực đại của vùng năng lượng trung gian và giá trị cực tiểu của vùng dẫn (VB và CB) nằm tại cùng một điểm trong vùng Brillouin, đó chính là điểm Г khi K = 0. Chúng tôi quan tâm chủ yếu đến vùng này. Như đã nói ở trên, vùng dẫn điện có mức năng lượng thấp nhất được tạo thành từ trạng thái 4s rỗng của ion Zn2+ hoặc từ trạng thái lai sp3 mang tính chất phản cộng. Bảng tương thích của lý thuyết nhóm cùng các tài liệu tham khảo trong đó cho chúng ta biết rằng, ở vùng đáy dải dẫn tồn tại tính đối xứng Г1 khi không xét đến spin, và tính đối xứng Г1×Г7=Г7 khi xét đến spin. Khối lượng điện tử hiệu dụng (chính xác hơn là polaron) gần như có tính đẳng hướng; giá trị của nó khoảng (0,28 ± 0,02)m0. Nếu bỏ qua yếu tố spin, thì vùng năng lượng của các orbital 2p bị chiếm bởi O2- hoặc các orbital hỗn hợp SP3 sẽ bị chia thành hai trạng thái là Г5 và Г1 dưới tác động của trường tinh thể lục phương. Khi xét đến spin, do sự kết hợp giữa spin và quỹ đạo, các dải năng lượng sẽ bị chia nhỏ thành ba dải con có tính đối xứng, mỗi dải thuộc loại suy biến bậc hai. Công thức biểu diễn điều này là: (Г1+Г5)×Г7=Г7+Г9+Г7. Các dải năng lượng này trong tất cả các chất bán dẫn có cấu trúc wurtzite (như ZnS, CdS, CdSe, hoặc GaN) được đánh dấu từ mức năng lượng cao xuống mức năng lượng thấp là các dải năng lượng A, B, C. Trong hầu hết các trường hợp, thứ tự sắp xếp các dải năng lượng là AГ9, BГ7, C7; đồng thời, mức độ phân chia do hiệu ứng spin-orbit còn lớn hơn mức độ phân chia do hiệu ứng trường tinh thể. Tuy nhiên, vẫn còn nhiều tranh luận xung quanh ZNO: liệu thứ tự của các dải năng lượng có phải là như bình thường hay không, hay lại là thứ tự AG7, BG9, CG7 do hiện tượng “kết hợp quỹ đạo spin âm” gây ra; hoặc có thể là thứ tự ngược lại của các dải năng lượng. Thực tế, sự kết hợp giữa spin và quỹ đạo luôn có giá trị dương. Nhưng do số điện tích hạt nhân của oxy khá nhỏ, nên dựa trên các dữ liệu về các hợp chất sunfua, selenua và tellurua có cấu trúc lục giác và lập phương IIb, người ta có thể ước lượng rằng giá trị này đối với các oxit vào khoảng 15 meV. Sự đẩy lùi giữa năng lượng này (2P của oxy) và trạng thái bão hòa ở năng lượng 4D của kẽm có thể khiến năng lượng của trạng thái Г7 cao hơn năng lượng của trạng thái Г9. Điều này dẫn đến sự đảo ngược thứ tự các vùng năng lượng. Hiện tượng tương tự cũng xảy ra trong các chất bán dẫn thuộc nhóm Ib–VII như CuCl. Vì mức chênh lệch giữa các vùng năng lượng của A và B chỉ vào khoảng 5 mili electron volt, và quy tắc lựa chọn cũng gần như giống nhau (sự chuyển đổi từ các vùng năng lượng AГ9 và BГ7 lên vùng dẫn Г7 diễn ra theo cơ chế dipole; còn hiện tượng spinflip chỉ có thể xảy ra theo kiểu EC. Từ vùng năng lượng CГ7, chỉ có thể xảy ra hiện tượng EC mà thôi). Do đó, việc thảo luận về tính đối xứng của các vùng năng lượng A và B là điều không cần thiết. Nhưng những loại vấn đề này thường có xu hướng kéo dài thời gian thảo luận rất lâu. Các thảo luận chi tiết được đề xuất gần đây trong các tài liệu nhằm hỗ trợ trật tự vùng giá trị bình thường trong ZnO vẫn chưa được xác nhận. Chúng tôi đã tổng kết trong Phụ lục A một số luận điểm ủng hộ và phản đối việc đảo ngược thứ tự các dải năng lượng, cùng các tài liệu liên quan, cũng như các tài liệu về tính toán cấu trúc dải năng lượng. Do đó, chúng tôi sử dụng thứ tự ngược như sau: AГ7, BГ9, CГ7. Chất lượng của các lỗ trống hiệu dụng trong oxit kẽm là như nhau ở mọi hướng. Các giá trị đặc trưng của các vùng năng lượng A, B và C cũng tương tự nhau. Một số phép tính liên quan đến cấu trúc các vùng năng lượng (xem Phụ lục A) cho thấy rằng các vùng năng lượng này có tính chất khác biệt theo từng hướng; điều này tương tự như ở CdS. Tuy nhiên, các dữ liệu thực nghiệm được ghi nhận trong tài liệu khoa học không chứng minh rằng ZnO có tính chất khác biệt theo hướng như vậy. Các dải năng lượng có tính đối xứng G7 có thể chứa một thành phần tuyến tính nhỏ theo k, nhưng ở dải năng lượng A được hiển thị trong Hình 7, chỉ có thành phần k⊥c mà thôi. Đối với hiệu ứng của vùng dẫn, có thể bỏ qua nó. Nguồn bài viết: http://www.jszfxy.cn/news/show-212.html