為什麼同族的半導體,原子序數越小禁帶寬度越大?

時間 2021-05-14 11:38:31

1樓:王璟

其實這個問題並不一定非得從固體物理的角度考慮

定性來說可以直接考慮GaAs GaP GaN

三個分子的HOMO和LUMO

HOMO和LUMO之間的gap寬度與他們形成無限材料的禁帶寬度是正相關的

如果只考慮分子共價鍵的時候,問題就變得簡化了

無非考慮

1.鍵型或者說重疊積分(可以認為是共價部分)以及庫倫積分以及共振積分(離子部分)對分子軌道相互作用貢獻的大小

2.原本軌道的能量

也即將高能量的As換成低能量的N,P

其總體能量下降而HOMO軌道下降得更明顯,因為HOMO軌道在As, P , N這邊係數更大,也就是它們更像負價部分

而LUMO的提高不明顯,因為LUMO軌道更像提供電子的Ga原子原本的高能軌道

2樓:鄭重

高中化學同族元素,原子序數越大半徑越大,原子越活潑。因為禁帶寬度代表的是躍遷能力,我覺得越活潑躍遷能力越強,完成躍遷所需能量越少,所以原子序數越大,禁帶寬度越小。

3樓:「已登出」

樓上不少人都說了挺多,講得也比較細,我就作點簡單的回答吧。先指出一點:題主問的是乙個定性的問題,因此我們能夠給出定性或者半定量的解釋就已足夠好。

從公式出發的話,解一維簡併微擾薛丁格方程的時候,能隙寬度就是布里淵區邊界勢能的兩倍。在緊束縛近似中能隙寬度則正比於某個重疊積分,而重疊積分代表了某個能量。

於是可以推測,禁帶寬度與晶體的某個能量有關。為此先作一簡單思考。

兩個氫原子形成氫分子的過程是能量降低的過程,同時它還有另乙個可取狀態即所謂的反鍵態,反鍵與成鍵的能量差就是氫分子體系中相應的禁帶寬度。

那麼這個能量差和什麼有關呢?顯然和氫原子的結合能有著正相關的關係。

固體物理中,分立能級成了能帶,但是大趨勢還是不變,該正相關的還是正相關。因此定性來看,頻寬應該和價電子的結合能有著緊密關係,這差不多也就是晶體勢能的概念。

那為什麼原子序數越小結合能越大?我覺得這個可以從有效電荷來定性考慮。對於同族的半導體元素,由於內層電子的遮蔽,價電子感受到的有效正電荷並沒有增加太多,但原子半徑肯定增大了不少,因此結合能就會比較顯著地減小。

4樓:

粗略定性的答一下

導帶是什麼?一大堆成鍵軌道。空帶是什麼?一大堆反鍵軌道。禁帶是什麼?就是成鍵軌道和反鍵軌道中間的空隙。

成鍵軌道和反鍵軌道之間的空隙,由什麼決定?很容易可以看出,成鍵軌道反鍵軌道之間空隙越大,成鍵作用越強。那反過來就是,同型別的晶體,成鍵作用越強,軌道空隙越大,禁帶越寬。

那什麼型別的原子容易形成更強的相互作用呢?小的。

大概就這樣。寫的不很完善,也可能有bug。

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