Főmenü megnyitása

Módosítások

3 435 bájt hozzáadva ,  2 évvel ezelőtt
források bőv, forrássablonok
A '''tiltott sáv''' a [[szilárdtestfizika]] egyik alapvető fogalma, a szilárd test sávszerkezetének egy olyan tartománya, melyben az elektronállapotok tiltottak.<ref name="JSolyom_SzilFiz2">{{CitLib|szerző= [[Sólyom Jenő (fizikus)|Sólyom Jenő]] |cím= A modern szilárdtest-fizika alapjai II. |alcím= Fémek, félvezetők, szupravezetők |hely= Budapest |kiadó= ELTE Eötvös Kiadó |év= 2010 |isbn= ISBN 9789633120286}}</ref><ref name="CKittel_SzilFiz">{{CitLib|szerző= Charles Kittel |cím= Bevezetés a szilárdtest-fizikába |hely= Budapest |kiadó= Műszaki Könyvkiadó |év= 1981}}</ref> A sávszerkezet modelljében a tiltott sáv a [[vegyértéksáv]] teteje és a [[vezetési sáv]] alja között helyezkedik el. SzigorúbbSzűkebb értelemben véve ae két említett sáv közötti, ([[Elektronvolt|elektronvoltokban]] mért) energiaintervallumotenergiakülönbséget is érthetjük tiltott sávon. Ez az energia megfelel annak, amit egy elektronnal minimálisan közölni kell ahhoz, hogy az a kötött állapotból a vezetési sávba lépjen, ezáltal szabad töltéshordozóvá váljon.
 
A vezetési sáv mérete alapvetően befolyásolja az anyag vezetési tulajdonságait. A nagy tiltott sávú anyagokat, melyek vegyértéksávja teljesen betöltött, vezetési sávja pedig üres (azaz a [[Fermi-szint]] a tiltott sávba esik), szigetelőknek nevezzük. A [[félvezető]]k tiltott sávja kisebb, míg a [[Elektromos vezetés|vezetők]] tiltott sávja nagyon kicsi, vagy nem is létezik, mivel a vegyértéksáv és a vezetési sáv átfed egymással, azaz a Fermi-szint egy sáv belsejében található.<ref name="JSolyom_SzilFiz2">{{CitLib|szerző= [[Sólyom Jenő (fizikus)|Sólyom Jenő]] |cím= A modern szilárdtest-fizika alapjai II. |alcím= Fémek, félvezetők, szupravezetők |hely= Budapest |kiadó= ELTE Eötvös Kiadó |év= 2010 |isbn= ISBN 9789633120286}}</ref><ref name="CKittel_SzilFiz">{{CitLib|szerző= Charles Kittel |cím= Bevezetés a szilárdtest-fizikába |hely= Budapest |kiadó= Műszaki Könyvkiadó |év= 1981}}</ref>
 
== Szilárdtestfizikai megfogalmazás ==
A szilárdtestfizika fogalmai alapján minden szilárdtest jellemezhető egy energia-sávszerkezettel. A sávszerkezet azt jelöli, hogy mely energiaszintek tölthetők be és melyek tiltottak az elektronok számára. A sávszerkezet jellemzőivel a szilárd testek elektromos tulajdonságainak széles skálája ábrázolható, magyarázható.<ref name="JSolyom_SzilFiz2" />
 
A sávszerkezetről általában periodikus szerkezetek (kristályok) esetén célszerű beszélni, ahol az elektromos tulajdonságok nem pontról pontra változnak, azaz minden rácspont környezetében hasonló vezetési jelenségek alakulnak ki. Azonban a tiltott sáv fogalmát más, nem periodikus szilárdtestek leírására is alkalmazzák, például amorf anyagok<ref>{{cite journal|last=Kamiya, |first=T.|year=2009|title=Origins of High Mobility and Low Operation Voltage of Amorphous Oxide TFTs: Electronic Structure, NomuraElectron Transport, Defects and Doping|journal=[[Journal of Display Technology]]|publisher=Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE)|volume=5|issue=7|pages=273–288|doi=10.1109/jdt.2009.2021582|url=https://www.researchgate.net/profile/Kenji_Nomura/publication/246773745_Origins_of_High_Mobility_and_Low_Operation_Voltage_of_Amorphous_Oxide_TFTs_Electronic_Structure_Electron_Transport_Defects_and_Doping/links/0deec51f94f045b5de000000/Origins-of-High-Mobility-and-Low-Operation-Voltage-of-Amorphous-Oxide-TFTs-Electronic-Structure-Electron-Transport-Defects-and-Doping.pdf|accessdate=2017-05-05|last2=Nomura|first2=K.|last3=Hosono|first3=H.}}</ref>, &vezető Hosono,polimerek<ref>{{cite Hjournal|last=Roncali|first=J.|year=2007|title=Molecular (2009).Engineering Originsof the Band Gap of high$\uppi$-Conjugated Systems: Facing Technological Applications|journal=[[Macromolecular Rapid Communications]]|publisher=Wiley-Blackwell|volume=28|issue=17|pages=1761–1775|doi=10.1002/marc.200700345|url=https://www.researchgate.net/profile/Jean_Roncali/publication/227585701_Molecular_Engineering_of_the_Band_Gap_of_p-Conjugated_Systems_Facing_Technological_Applications/links/0912f50c458783b695000000.pdf|accessdate=2017-05-05}}</ref> lokális elektromos jellemzésére.
mobility and low operation voltage of amorphous oxide TFTs: Electronic
structure, electron transport, defects and doping. ''Display Technology, Journal of'', ''5''(7), 273-288.</ref>, vezető polimerek<ref>Roncali, J. (2007). Molecular engineering of the band gap of π‐conjugated systems: Facing technological applications. ''Macromolecular Rapid Communications'', ''28''(17), 1761-1775.</ref> lokális elektromos jellemzésére.
 
Félvezető és vezető anyagokban az elektronok energiaszintje bizonyos sávokban jelentkezhet, mely kijelöli a vezetési és vegyértéksávot. Tiltott sávnak nevezzük azt a sávot, mely energiaszinteken az elektron tartózkodása nem megengedett. Ezt a sávot a vegyértéksáv teteje és a vezetési sáv alja jelöli ki, melyet az elektron csak akkor képes átlépni, ha legalább a tiltott sáv nagyságának megfelelő energiát adjuk át neki. Ez történhet például [[fonon]] (hő) vagy [[foton]] (fény) elnyelésével.
|SiO<sub>2</sub>
|9
|<ref name=":2">{{cite journal|last=Vella, E.; Messina, F.; Cannas, M.; Boscaino, R. (|first=Eleonora|year=2011). "|title=Unraveling exciton dynamics in amorphous silicon dioxide: Interpretation of the optical features from 8 to 11 eV".|journal=[[Physical Review|Physical Review B]]|publisher=[[Amerikai Fizikai Társaság]]|volume=83: 174201|issue=17|doi=10. Bibcode:2011PhRvB1103/physrevb.83.83q4201V174201|accessdate=2017-05-05|last2=Messina|first2=Fabrizio|last3=Cannas|first3=Marco|last4=Boscaino|first4=Roberto}}</ref>
|-
|
Az alkalmazások szempontjából fontos jellemző, hogy a kérdéses anyag direkt vagy indirekt tiltott sávval rendelkezik-e. Direkt tiltott sávról akkor beszélünk, ha a vegyértéksáv teteje és a vezetési sáv alsó éle azonos pontján jelentkezik a [[Brillouin zóna|Brillouin zónának]], azaz azonos hullámszámvektor tartozik hozzájuk. Egy direkt tiltott sávot átlépő elektronnal csak a tiltott sávnak megfelelő energiát kell közölni, hogy az átmenet lehetségessé váljon. Ezzel szemben az indirekt tiltott sávú anyagokban a két sávél között nem csupán energiában, de hullámszámban is különbség van, így az átmenethez az elektronnak energiát is kell kapnia és a szükséges hullámszámkülönbséget is le kell küzdenie. Ekkor például az energiát biztosító fotonon kívül egy fononnal is kölcsönhatásba kell lépjen. Az ilyen háromrészecskés kölcsönhatások valószínűsége lényegesen kisebb, mint a direkt tiltott sávon csupán két részecske kölcsönhatásaként létrejövő átmenet. Az ötvözetlen szilícium például indirekt tiltott sávval rendelkezik, így a fent leírt tulajdonsága következtében lézerként nem alkalmazható.
 
A tiltott sáv tömbi anyagban a kémiai összetételtől és a szerkezettől is függ. [[Szén nanocső|Szén nanocsövek]] (melyeket szén atomok hatszöges rácsából álló nanométeres méretű csövekként képzelhetünk el) tiltott sávja függ attól, hogy a csőfalat alkotó rács rácsvektorai milyen szöget zárnak be a cső tengelyével.<ref>Baughman,{{cite journal|last=Baughman|first=R. H.,|year=2002|title=Carbon Zakhidov,Nanotubes--the A.Route A.,Toward &Applications|journal=[[Science]]|publisher=American deAssociation Heer,for W. A. (2002). Carbon nanotubes--the routeAdvancement towardof applications. ''Science'', ''297''(5582AAAS), 787-792|volume=297|issue=5582|pages=787–792|doi=10.1126/science.1060928|url=http://www.me.berkeley.edu/~lwlin/me118/papers/paper4.pdf|accessdate=2017-05-05}}</ref><ref name=":002">Iijima,{{Cite S.journal|last=Iidzsma|first=Szumio|date=7 (1991).November 1991|title=Helical microtubules of graphitic carbon. ''nature'', ''|language=angol|journal=[[Nature]]|volume=354''(|issue=6348), 56|pages=56–58|doi=10.1038/354056a0|url=http://www.me.berkeley.edu/~lwlin/me138/paper1.pdf|format=PDF|accessdate=2017-5804-26|bibcode=1991Natur.354...56I}}</ref> A szerkezet változtatásával a tiltott sáv is változtatható, így a tiltott sáv szerkezettől függése bizonyos esetekben ki is használható. Végtelen kiterjedésű [[grafén]] réteg (hatszöges rácsot alkotó szénatomok egyatomos rétege) tiltott sávja nulla, ugyanis benne a Brillouin zóna határán a vegyértéksáv és a vezetési sáv éppen összeér, az anyag vezetési jellege félfémes. Ha viszont nanotechnológiai eljárásokkal véges kiterjedésű ''nanoszalagokat'' alakítunk ki a grafénból, a nanoszalag méreteitől és szerkezetétől függően a vezetési jellege lehet fémes vagy félvezető jellegű, továbbá befolyásolható a tiltott sáv mérete is.<ref>Tapasztó,{{cite journal|author=L., Dobrik,Tapasztó Get al.,|year=2008|title=Tailoring Lambin,the P.,atomic &structure Biró,of Lgraphene nanoribbons by scanning tunnelling microscope lithography|journal=[[Nature|Nature Nanotechnology]]|publisher=Springer Nature|volume=3|issue=7|pages=397–401|doi=10.1038/nnano.2008.149|url=http://www.nanotechnology.hu/reprint/NatureNano_3_397_nanoribbons.pdf|accessdate=2017-05-05}}</ref><ref>{{cite journal|author=P Nemes-Incze et al.|year=2010|title=Crystallographically selective nanopatterning of graphene on SiO2|journal=[[Nano Research]]|publisher=Springer Nature|volume=3|issue=2|pages=110–116|doi=10.1007/s12274-010-1015-3|url=http://www.szfki.hu/~kamaras/cikkek/NanoRes3.110.pdf|accessdate=2017-05-05}}</ref><ref>{{cite journal|last=Krauss|first=Benjamin|year=2010|title=Raman Scattering at Pure Graphene Zigzag Edges|journal=[[Nano Letters]]|publisher=American Chemical Society (2008ACS)|volume=10|issue=11|pages=4544–4548|doi=10.1021/nl102526s|url=http://www.nanotechnology.hu/reprint/nanolett_10_4544_zigzagraman2010.pdf|accessdate=2017-05-05|author2=Pe{\'}}</ref> Ez nanoelektronikai alkalmazásokhoz vezethet.
Tailoring the atomic structure of graphene nanoribbons by scanning
tunnelling microscope lithography. ''Nature nanotechnology'', ''3''(7), 397-401.</ref><ref>Nemes-Incze, P., Magda, G., Kamarás, K., & Biró, L. P. (2010).
Crystallographically selective nanopatterning of graphene on SiO2. ''Nano Research'', ''3''(2), 110-116.</ref><ref>Krauss, B., Nemes-Incze, P., Skakalova, V., Biro, L. P., Klitzing, K.
V., & Smet, J. H. (2010). Raman scattering at pure graphene zigzag
edges. ''Nano letters'', ''10''(11), 4544-4548.</ref> Ez nanoelektronikai alkalmazásokhoz vezethet.
 
== Optikai és elektromos tiltott sáv ==
Ha egy anyagban nagy az [[exciton]] kötési energia, előállhat az az eset, hogy egy beeső foton épp csak annyi energiával rendelkezik, hogy egy elektront a vegyértéksávból a vezetési sávba gerjesszen, azaz excitont hozzon létre, de az exciton kötési energia felszakítására (azaz az egymást vonzó [[elektron]] és [[elektronlyuk]] egymástól való eltávolítására) már nincs elég energia. Ilyen esetben érdemes megkülönböztetni az optikai és az elektromos tiltott sávot. Míg az előbbi az exciton gerjesztéshez szükséges energiánk felel meg, utóbbi az excitongerjesztést és az exciton kötési energia felszakítását is magában foglalja.
 
Ennek megfelelően az optikai tiltott sáv az a legkisebb energia, melyen fotonabszorpció létrejöhet, mely mindig kisebb, mint az elektromos tiltott sáv. A kétféle tiltott sáv sok félvezető anyag (pl. szilícium, gallium-arzenid) esetén csak kis mértékben különbözik, így az excitonok hatásától az elektromos leírásban sokszor eltekinthetünk. Azonban az olyan anyagok esetén, melyekben vannak nagy exciton kötési energiájú töltéshordozók (pl. félvezető fém-oxidok<ref>{{cite journal|last=Özgür, |first=Ü.,|year=2005|title=A Alivov,comprehensive review of ZnO materials and devices|journal=[[Journal of Applied Physics]]|publisher=[[AIP YPublishing]]|volume=98|issue=4|doi=10.1063/1.1992666|url=https://www.researchgate.net/profile/H_Morkoc/publication/234922421_A_Comprehensive_Review_of_ZnO_Materials_and_Devices/links/0deec535033aa9e33f000000.pdf|accessdate=2017-05-05|last2=Alivov|first2=Ya. I., |last3=Liu,|first3=C.|last4=Teke|first4=A.|last5=Reshchikov|first5=M. A.|last6=Do{\ug|first6=S.|page=041301}}</ref><ref>{{cite journal|last=Look|first=D.C.,|year=2001|title=Recent Tekeadvances in ZnO materials and devices|journal=[[Materials Science and Engineering|Materials Science and Engineering: B]]|publisher=[[Elsevier]]|volume=80|issue=1-3|pages=383–387|doi=10.1016/s0921-5107(00)00604-8|url=https://www.researchgate.net/profile/David_Look/publication/222552211_Recent_Advances_in_ZnO_Materials_and_Devices/links/546364c00cf2cb7e9da9578b.pdf|accessdate=2017-05-05}}</ref>, szerves félvezetők<ref>{{cite journal|last=Friend|first=R. H.|year=1999|title=Electroluminescence in conjugated polymers|journal=[[Nature]]|publisher=Springer Nature|volume=397|issue=6715|pages=121–128|doi=10.1038/16393|url=http://www2.ece.ohio-state.edu/~berger/courses/ee835_02_aut02/1999jan_nature_friend_review.pdf|accessdate=2017-05-05|last2=Gymer|first2=R. W.|last3=Holmes|first3=A., Reshchikov,B.|last4=Burroughes|first4=J. MH.|last5=Marks|first5=R., Doğan,N.|last6=Taliani|first6=C.|last7=Bradley|first7=D. SD., C.|last8=Santos|first8=D. A. Dos|last9=Brdas|first9=J. L.|last10=Lgdlund|first10=M.|last11=Salaneck|first11=W. R.}}
</ref>, szén nanocsövek<ref name=":002" />), ezek hatását figyelembe kell venni a vezetési tulajdonságok jellemzésekor.
... & Morkoc, H. (2005). A comprehensive review of ZnO materials and
 
devices. ''Journal of applied physics'', ''98''(4), 041301.</ref><ref>Look, D. C. (2001). Recent advances in ZnO materials and devices. ''Materials Science and Engineering: B'', ''80''(1), 383-387.</ref>, szerves félvezetők<ref>Friend, R. H., Gymer, R. W., Holmes, A. B., Burroughes, J. H., Marks, R.
== Jegyzetek ==
N., Taliani, C. D. D. C., ... & Salaneck, W. R. (1999).
{{reflist|2}}
Electroluminescence in conjugated polymers. ''Nature'', ''397''(6715), 121-128.
</ref>, szén nanocsövek<ref name=":0" />), ezek hatását figyelembe kell venni a vezetési tulajdonságok jellemzésekor.
 
== Fordítás ==
{{Fordítás|en|Band gap|oldid = 678500476}}
 
==Jegyzetek Források ==
* {{CitLib|isbn=ISBN 9789633120286|szerző=[[Sólyom Jenő (fizikus)|Sólyom Jenő]]|cím=A modern szilárdtest-fizika alapjai II.|alcím=Fémek, félvezetők, szupravezetők|hely=Budapest|kiadó=ELTE Eötvös Kiadó|év=2010}}
{{reflist|2}}
* {{CitLib|szerző=Charles Kittel|cím=Bevezetés a szilárdtest-fizikába|hely=Budapest|kiadó=Műszaki Könyvkiadó|év=1981}}
 
{{Portál|Fizika}}
[[Kategória:Szilárdtestfizika]]
7 531

szerkesztés