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带隙,带隙

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描述

分子结构起着很大的作用。在分子水平上,在不同类型的固体物质分子或化合物中,构成分子的原子之间的距离产生了材料的某些电特性。例如,碳化硅(硅和碳的化合物)中原子之间的距离与石墨烯(碳的同素异形体)中原子之间的距离不同。根据分子或化合物的结构,这些分子中围绕原子旋转的电子可能会重叠或远离。分子结构的电效应产生一个能量范围。具体来说,电子轨道在两个波段,一个价带和一个导带,这些电子可能会跳到分子内的另一个波段。在这两个轨道电子带之间有一个间隙。带隙,或带隙,描述的是所有固体中没有电子的空间,在这两个带之间,价电子和传导电子。这种间隙,也称为能隙,因材料不同而不同,从无带隙到宽带隙。

间隙的大小会影响材料的性质以及它在晶体管中的表现。这种差距也可以被操纵,这是持续研究的重点。

小带隙材料是导体。两个电子带之间没有空隙。窄带隙用于绝缘子。宽带隙用于半导体。

没有能带
石墨烯它是第一个发现的2D半导体,是一种坚韧、高导电的材料,没有带隙。这并没有阻止研究人员试图通过拉伸或增加带隙强调石墨烯。迄今为止的研究表明,它们已经达到了0.5到2.1电子伏特的带隙。1电子伏特(eV)是将一个电子从一种材料的两个原子之间的键中剥离所需要的能量。电子伏特是测量真空中单个电子从静止加速到一伏特势能所获得或损失的动能的单位。eV是能量单位,约等于1.602×10−19焦耳。)

窄隙
窄带隙的范围为1.11 eV,比硅还窄。

宽带隙(WBG)
碳化硅(SiC)而且氮化镓(GaN)复合材料已经存在了20多年,从军事和国防部门开始。与硅相比,它们是非常坚固的材料,需要三倍的能量才能让电子开始在材料中自由移动。这种更大的能隙(或更宽的带隙)赋予了这些材料优越的质量,例如更快的开关,更高的效率和更高的功率密度

功率半导体基于SiC和GaN的器件被认为是宽带隙技术,这意味着它们比基于硅的解决方案提供更快的开关速度和更高的击穿电压。

调整间隙
带隙特性的变化取决于材料的形成方式。在生长而非剥离的材料中,衬底的热膨胀系数可用于控制沉积薄膜中的应变量,从而改变带隙和发射特性。

传统的III-V和II-VI半导体与硅、锗以及彼此具有许多相同的结构和电气特性。因此,材料科学家可以根据需要改变半导体成分,以调整带隙、晶格参数和其他性质,而不会对整体集成方案产生巨大变化。

相比之下,二维半导体来自元素周期表的不同部分。它们有不同的电学性质、不同的晶格结构和不同的化学特性。

应用材料公司提供了一些内容。

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