Hogyan lehet fokozni a germánium fényhatékonyságát?

Bár a germánium közvetlen sávszélessége 0,8 eV, az L-vezető sáv jelenléte miatt lényegében közvetett sávrés anyag.

Amint az (a) ábrán látható, ez az energiakülönbség a germániumot nem hatékony fénykibocsátóvá teszi, mivel a kívülről beinjektált elektronok többsége az alacsonyabb energiájú L vezetési sáv völgyeit foglalja el. Ha a kibocsátott fotonok kompaundálási sebessége alacsony, az L-vezető völgyekben található elektronok csak fononok segítségével kompanálhatók lyukakkal, de a vezetési sávban lévő közvetett L-völgyek kitöltésével direkt kompaundációt figyelhetünk meg. az r-pontban.

Másrészt az r-vezető völgyekben elhelyezkedő elektronok nagyobb komplexképződési sebességgel komplexálhatók lyukakkal. Így készítéssel germánium direkt vagy pszeudodirekt bandgap anyag, az r-kombináció völgyéből növeljük a vivő komplexképződési sebességét és a Ge-t energiahatékony fénykibocsátóvá tesszük.

Germánium

A germániumban a közvetlen optikai hézagolás nagyon gyors folyamat, amelynek sugárzási kompaundálási sebessége öt nagyságrenddel nagyobb, mint a közvetett hézagolásé. Ez azt jelenti, hogy a Ge-ben a közvetlen hézagkibocsátás ugyanolyan hatékony, mint a közvetlen rés félvezetőkben. A Ge lumineszcenciája jelentősen növelhető a Ge közvetlen bandgap ugrásának felhasználásával. 

Jellemzően a Ge egy lényegében közvetett sávszélességű anyagból direkt sávszélességű anyaggá alakítható át húzófeszültség, r-típusú adalékolás vagy Ge ötvözet ónnal, amint az a fenti (b) ábrán látható. Mindkét módszer csökkenti a sávszélességet a hibában, azaz a közvetlen völgyekben a sávszélesség nagyobb arányban csökken, mint a közvetett L-völgyekben, így a Ge sávszélesség-struktúrája megváltozik, végső soron a Ge-t egy közvetlen sávrés anyaggá alakítva, amely képes elnyeli vagy kibocsátja a fényt.

A fenti ábra a germánium sávhézag diagramját mutatja: (a) ömlesztett Ge és (b) Ge energiasáv-szerkesztése húzónyúlás és n-típusú adalékolás segítségével. A húzófeszültség csökkenti a T és L völgyek közötti energiakülönbséget, míg az n típusú adalékolás kompenzálja a fennmaradó energiakülönbséget. A feszültség a könnyű és nehéz üregsávok felosztását is indukálja, és a húzófeszültség növekedésével nagyobb fényerő várható.

Elméletileg kimutatták, hogy a germániumot húzófeszültséggel és n-típusú adalékolással lehet előállítani, hogy jobb közvetlen sávszélességű fotoemissziót érjünk el szobahőmérsékleten. A nem megfelelő sávszélesség húzófeszültséggel történő tervezése megnyitja a lehetőséget olyan új optoelektronikai eszközök kifejlesztésére, amelyek teljes mértékben kompatibilisek a szilíciumtechnológiával, mint például a fénykibocsátó dióda LED-ek, lézerek és optikai modulátorok. A Ge-t számos eszközben használták, kezdve az energiával hangolható fénygyűjtőktől (pl. fotodetektorok) a rendkívül hatékony optoelektronikai eszközökig.

Hozzászólások

Kapcsolódó blog

Üdvözöljük blogunkon, amely a germánium és más fotoelektromos anyagok vonzó világával foglalkozik. 

Kérje árajánlatunkat

Kérem, jelezze felénk kérését, egy órán belül felvesszük Önnel a kapcsolatot.