چگونه کارایی نورانی ژرمانیوم را افزایش دهیم؟

اگرچه ژرمانیوم دارای شکاف باند مستقیم 0.8 eV است، اما به دلیل وجود نوار رسانای L، اساساً یک ماده شکاف نواری غیرمستقیم است.

همانطور که در شکل (الف) نشان داده شده است، این تفاوت انرژی، ژرمانیوم را به یک ساطع کننده نور ناکارآمد تبدیل می کند، زیرا بیشتر الکترون های تزریق شده خارجی، دره های باند هدایت L با انرژی کمتر را اشغال می کنند. هنگامی که سرعت ترکیب فوتون‌های ساطع شده کم است، الکترون‌های واقع در دره‌های رسانای L را فقط می‌توان با کمک فونون‌ها با حفره‌ها ترکیب کرد، اما با پر کردن دره‌های L غیرمستقیم در نوار رسانش، می‌توان ترکیب مستقیم را مشاهده کرد. در نقطه r.

از سوی دیگر، الکترون‌های واقع در دره‌های رسانای r می‌توانند با حفره‌هایی با نرخ کمپلکس بالاتر کمپلکس شوند. بنابراین، با ساخت ژرمانیوم یک ماده باندگپ مستقیم یا شبه مستقیم، نرخ کمپلکس شدن حامل را از دره ترکیبی r افزایش می دهیم و جنرال الکتریک را به یک ساطع کننده نور کم مصرف تبدیل می کنیم.

ژرمانیوم

شکاف نوری مستقیم در ژرمانیوم یک فرآیند بسیار سریع با نرخ ترکیب تابشی پنج مرتبه بزرگتر از شکاف غیرمستقیم است. این بدان معناست که انتشار شکاف مستقیم در جنرال الکتریک به اندازه نیمه هادی های شکاف مستقیم کارآمد است. لومینسانس جنرال الکتریک را می توان به طور قابل توجهی با استفاده از پرش باند گپ مستقیم Ge افزایش داد. 

به طور معمول، جنرال الکتریک را می توان از یک ماده باند باند غیرمستقیم به یک ماده باند باند مستقیم با وارد کردن کرنش کششی، دوپینگ نوع r یا آلیاژ Ge با قلع، همانطور که در شکل (ب) در بالا نشان داده شده است، تبدیل کرد. هر دو روش شکاف باند در گسل را کاهش می‌دهند، یعنی شکاف باند در دره‌های مستقیم با سرعت بیشتری نسبت به دره‌های L غیرمستقیم کاهش می‌یابد، به طوری که ساختار شکاف باند Ge تغییر می‌کند و در نهایت Ge را به یک ماده باند باند مستقیم تبدیل می‌کند که قادر به جذب یا ساطع نور

شکل بالا نمودار شکاف باند ژرمانیوم را نشان می دهد: (الف) مهندسی باند انرژی جنرال الکتریک فله و (ب) جنرال الکتریک با استفاده از کرنش کششی و دوپینگ نوع n. کرنش کششی اختلاف انرژی بین دره های T و L را کاهش می دهد، در حالی که دوپینگ نوع n تفاوت انرژی باقیمانده را جبران می کند. این کرنش همچنین باعث شکافتن نوارهای حفره سبک و سنگین می شود که با افزایش تنش کششی، درخشندگی بیشتری انتظار می رود.

از نظر تئوری نشان داده شده است که ژرمانیم را می توان با تنش کششی و دوپینگ نوع n برای دستیابی به انتشار عکس باندگپ مستقیم بهتر در دمای اتاق مهندسی کرد. مهندسی فاصله باند اشتباه توسط تنش کششی امکان توسعه دستگاه‌های الکترونیک نوری جدید را که کاملاً با فناوری سیلیکون سازگار هستند، مانند LED‌های دیود ساطع کننده نور، لیزرها و مدولاتورهای نوری را باز می‌کند. Ge در طیف گسترده‌ای از دستگاه‌ها از برداشت‌کننده‌های نور قابل تنظیم با انرژی (به عنوان مثال، آشکارسازهای نوری) تا دستگاه‌های نوری بسیار کارآمد استفاده شده است.

نظرات

وبلاگ مرتبط

به وبلاگ ما که به دنیای جذاب ژرمانیوم و سایر مواد فوتوالکتریک اختصاص دارد خوش آمدید. 

پیشنهاد ما را دریافت کنید

لطفا درخواست خود را به ما اطلاع دهید، ما ظرف یک ساعت با شما تماس خواهیم گرفت.