Germanyumun Işık Verimliliği Nasıl Artırılır?

Germaniumun doğrudan bant aralığı 0,8 eV olmasına rağmen, L-iletken bandının varlığı nedeniyle esasen dolaylı bant aralığına sahip bir malzemedir.

Şekil (a)'da gösterildiği gibi, bu enerji farkı germanyumu verimsiz bir ışık yayıcı yapar çünkü dışarıdan enjekte edilen elektronların çoğu düşük enerjili L iletim bandı vadilerini işgal edecektir. Yayılan fotonların bileşikleme oranı düşük olduğunda, L iletken vadilerde bulunan elektronlar yalnızca fononların yardımıyla deliklerle bileşiklenebilir, ancak iletim bandındaki dolaylı L vadilerini doldurarak, r noktasında doğrudan bileşiklemeyi gözlemleyebiliriz.

Öte yandan, r-iletken vadilerde bulunan elektronlar daha yüksek bir kompleksleşme oranında deliklerle kompleksleşebilir. Böylece, germanyum Doğrudan veya sözde doğrudan bant aralığına sahip bir malzeme kullanarak, r-birleşim vadisinden taşıyıcı kompleksleşme oranını artırıyoruz ve Ge'yi enerji açısından verimli bir ışık yayıcı haline getiriyoruz.

Germanyum

Germanium'daki doğrudan optik boşluk oluşturma, dolaylı boşluk oluşturmadan beş büyüklük sırası daha yüksek bir radyatif bileşikleme oranına sahip çok hızlı bir işlemdir. Bu, Ge'deki doğrudan boşluk emisyonunun doğrudan boşluk yarı iletkenlerindeki kadar verimli olduğu anlamına gelir. Ge'nin doğrudan bant aralığı sıçramasından yararlanılarak Ge'nin lüminesansı önemli ölçüde artırılabilir. 

Tipik olarak, Ge, yukarıdaki (b) şekilde gösterildiği gibi, çekme gerilimi, r tipi katkılama veya kalaylı Ge alaşımı eklenerek esasen dolaylı bir bant aralığı malzemesinden doğrudan bir bant aralığı malzemesine dönüştürülebilir. Her iki yöntem de faydaki bant aralığını azaltır, yani doğrudan vadilerdeki bant aralığı, dolaylı L vadilerinden daha yüksek bir oranda azalır, böylece Ge'nin bant aralığı yapısı değişir ve sonuçta Ge, ışığı emebilen veya yayabilen doğrudan bir bant aralığı malzemesine dönüşür.

Yukarıdaki şekil germanyum bant aralığı diyagramını göstermektedir: (a) toplu Ge'nin enerji bandı mühendisliği ve (b) çekme gerilimi ve n tipi katkılama kullanılarak Ge. Çekme gerilimi T ve L vadileri arasındaki enerji farkını azaltırken, n tipi katkılama kalan enerji farkını telafi eder. Gerilim ayrıca hafif ve ağır boşluk bantlarının bölünmesine neden olur ve çekme gerilimi arttıkça daha fazla parlaklık beklenir.

Teorik olarak, germanyumun oda sıcaklığında daha iyi doğrudan bant aralığı fotoemisyonunu elde etmek için çekme gerilimi ve n-tipi doping ile tasarlanabileceği gösterilmiştir. Çekme gerilimi ile yanlış bant aralığının tasarlanması, ışık yayan diyot LED'leri, lazerler ve optik modülatörler gibi silikon teknolojisiyle tamamen uyumlu yeni optoelektronik cihazlar geliştirme olasılığını açar. Ge, enerji ayarlanabilir ışık toplayıcılarından (örneğin, fotodedektörler) yüksek verimli optoelektronik cihazlara kadar çok çeşitli cihazlarda kullanılmıştır.

Yorumlar

İlgili Blog

Germanyum ve diğer fotoelektrik malzemelerin çekici dünyasına adanmış blogumuza hoş geldiniz. 

Teklifimizi Alın

Lütfen talebinizi bize bildirin, bir saat içinde size geri dönüş yapacağız.