båndgapmaterialer

Båndgabmaterialer er materialer, hvis elektriske egenskaber er bestemt af et energigab mellem valensbåndet og ledningsbåndet i deres elektroniske struktur. Størrelsen af båndgabet, ofte betegnet Eg, bestemmer hvilket fotonenergi der kan absorberes eller emitteres, og påvirker dermed både elektronik og optoelektronik. Materialer kan have direkte eller indirekte båndgab, hvilket påvirker radiativ recombination og lysudbredelse.

Direkte båndgab-materialer som GaAs, InP og GaN tillader elektroner at recombinere med huller og udsende fotoner effektivt, hvilket gør dem velegnede til LED'er og laserdiode. Indirekte båndgab-materialer som silicium og germanium er generelt bedre til elektroniske enheder, fordi ikke-radiativ rekombination dominerer. Wide-båndgab-materialer som GaN, SiC, β-Ga2O3 og diamant tåler høje temperaturer og stærke elektriske felter og bruges i højtemperatur- og højspændingsapplikationer, UV- og blå lysemission samt detektion i bredt spekter. Smalle båndgab-materialer som InSb og HgCdTe anvendes til infrarød detektion og kommunikation.

Materialer og teknologier relateret til båndgab omfatter forbindelser og alloter som Si, GaAs, InP, GaN, AlN og SiC, samt legeringer som AlGaN, AlGaAs og InGaN, der tillader båndgabjustering. Fremstilling og vækst udføres ofte ved MOCVD/MOVPE, MBE eller HVPE, hvor arkitektur som kvantebrønde, nanostrukturer og legeringskoncentrationer bruges til at skræddersy egenskaberne.

Anvendelser spænder fra solceller og LED'er til højtydende elektroniske og optoelektroniske komponenter, særligt hvor høje effekt, bredt temperaturområde og specifikke emission- eller detektionsspektre er påkrævet. Udfordringer inkluderer materialefejl, lattice-mismatch og omkostninger ved vækst og integration.