¿Por qué la energía de un par electrón-hueco para $\rm CdTe$ mayor que la energía de la banda prohibida?

Question

Tomemos los semiconductores indirectos Si, Ge y Diamante. Todos estos semiconductores son indirecta lo que significa que el máximo de la banda de valencia no está directamente bajo el mínimo de la banda de conducción. Así se puede explicar que la brecha de banda para el Si sea $1.12$ eV, mientras que la energía media requerida para certificar un par electrón-hueco es $3.65$ eV (básicamente, la diferencia de energía se convierte en fonones, en calor).

Pero entonces, para el semiconductor directo $\rm CdTe$ (Cadmio-Teluro), ¿por qué la energía necesaria para la creación de un $e/h$ par $4.43$ eV, mientras que el band gap es $1.44$ ¿¡EV!? Cifras muy parecidas son también válidas para el GaAs (referencia: Kolanoski-Wermes "Particle Detectors. Fundamentos y aplicaciones. 2020. p. 261").

Editar :

Del texto:

Pensé que para los semiconductores directos, no tenemos excitaciones de fonones.. Pero bueno, probablemente me equivoqué aquí.

Answer 1

Esta es una imagen de la fotoluminiscencia de las capas de CdTe a granel en un dispositivo de heteroestructura tomada de esta referencia https://doi.org/10.1063/1.4803911 . Esperemos que estemos de acuerdo en que la energía de la luz emitida está en el rango de 1,4-1,5eV, lo que concuerda con su valor de brecha de banda.

Así que también podemos decir que el par de agujeros de electrones existe en el material con esta diferencia de energía, por lo tanto hay alguna fuerza oscilante no nula que acopla los estados de electrones y agujeros, por lo que el material también absorber y emite a esta energía. De hecho es un requisito termodinámico a través de la ley de Kirchoff.

Creo que estás leyendo sobre el uso de CdTe como detector de partículas, esto tendrá ciertas restricciones y límites de aplicabilidad, y puede explicar por qué se utiliza el valor más alto como figura de mérito. Pero si caracterizamos la estructura de bandas, absorbe y emite bien alrededor de 1,45eV

También podría ser que los 4,4eV de la tabla sean la afinidad de los electrones: la energía para promover un electrón de la banda de conducción al nivel de vacío. Lo que supongo que tendría sentido si se utiliza el efecto fotoeléctrico para detectar partículas.

Answer 2

La energía de creación del excitón debe ser la energía de la brecha de banda directa menos la energía de enlace, que es pequeña. Aquí se da el valor de 1,6 eV para la energía del excitón en el CdTe: https://www.nextnano.com/manual/nextnano3/tutorials/exciton_1D.html