Hvad er germaniums energibånd?

Energibåndstrukturen af ​​Germanium (Ge) er karakteriseret ved dets halvledende egenskaber. Det har et relativt stort energibånd i forhold til metaller, men smallere end de fleste isolatorer. Båndgabet er energiforskellen mellem toppen af ​​valensbåndet og bunden af ​​ledningsbåndet. Ved absolut nultemperatur er valensbåndet helt fyldt med elektroner, mens ledningsbåndet er tomt.

I Germanium dannes valensbåndet primært af bindings-orbitalerne mellem Germanium-atomerne, mens ledningsbåndet dannes af anti-bindings-orbitalerne. Båndgabet i Germanium er cirka 0,66 eV ved stuetemperatur (300 K). Det betyder, at det kræver en minimumsenergi på 0,66 eV at excitere en elektron fra valensbåndet til ledningsbåndet, hvilket gør det muligt for elektronen at deltage i elektrisk ledning.

Energibåndene i Ge er ikke simple parabolske bånd som i mange elementære halvledere. I stedet udviser de en mere kompleks struktur med flere dale og ikke-parabolske spredningsrelationer. Ledningsbåndet har to minima, det ene i midten af ​​Brillouin-zonen (Γ-dalen) og det andet ved kanten (L-dalen). Γ-dalen har en lavere effektiv masse end L-dalen, hvilket gør elektroner mere mobile i Γ-dalen.

Båndgabet af Germanium er temperaturafhængigt, faldende, når temperaturen stiger. Dette skyldes, at den termiske energi, der tilføres gitteret ved højere temperaturer, får atomerne til at vibrere mere, hvilket igen øger overlapningen af ​​elektronbølgefunktioner og reducerer energigabet mellem valens- og ledningsbåndene.

Germaniums energibåndstruktur og dets temperaturafhængighed spiller en afgørende rolle i bestemmelsen af ​​dets elektriske og optiske egenskaber. Det er meget udbredt i forskellige halvlederenheder, herunder transistorer, dioder, solceller og integrerede kredsløb.